磁悬浮飞轮转子系统的运动特性研究与优化分析

发布时间：2021-09-24 22:42

　　目前,磁悬浮飞轮储能技术的研究日渐深入,转子的运动特性直接关乎系统的安全稳定运转,运动特性一直是飞轮转子系统的研究热点。本文针对600Wh飞轮转子系统,从理论出发,结合试验数据,重点研究了飞轮转子的临界转速及其在工作转速下的运动特性,并就此储能系统进行了优化。首先依据飞轮转子的运动和支撑特性,将系统简化,建立出转子的整体动力学模型。根据飞轮转子高速运转过程中的涡动和陀螺效应理论分析了飞轮转子受到的不平衡力和陀螺力矩,根据支撑系统的工作原理推导出转子受到的电磁力,并得到系统的支撑刚度系数,综合以上受力情况完成了飞轮转子的动力学模型的建立。以动力学模型为基础,利用传递矩阵法求解转子的临界转速。将轴系离散化,建立了轴系从单元到整体的传递矩阵,计算出飞轮转子的前三阶临界转速。并借助Workbench分析,验证上述理论分析的合理性。依据转子在各临界转速下的运动姿态,分析了飞轮转子在各临界转速下的运动。之后基于旋转试验,对试验数据进行滤波处理,分析转子的运动特性。以示波器在连续时刻下记录的波形变化分析得到转子实际的临界转速分布区间,以此验证理论计算的正确性。基于稳定性分析理论,利用转子在5000r... 

【文章来源】：哈尔滨工程大学黑龙江省 211工程院校

【文章页数】：86 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

国外研究概况1842年国外已经着手研究飞轮储能技术，英国剑桥大学的物理学家恩休已经提出磁性支撑这一概念

系统

第2章飞轮转子的动力学模型13间径向相距0.3mm，只有不超过电磁轴承转子与定子的距离，这样轴端轴承才能起到保护作用。飞轮储能系统的基本原理：电动机带动飞轮转子升速，转子自身的动能增加，实现了由电能到动能的转换，然后转子的转速不再上升时，能量维持稳定，此时能耗极少，而当外界需要电能时，转子再通过减小转速，将动能转化为电能。2.2飞轮转子的运动建立飞轮转子的运动微分方程，不仅要明确飞轮转子的整体结构和工作原理，还要清楚旋转中轴系存在的运动，便于之后的动力学分析。大型旋转机械在高速运转过程中都会存在陀螺效应，运动中轴线偏移，转子不仅绕本身的轴线自转，还会与轴线一同绕垂直轴线公转。另外，由于转子存在不平衡质量，运动时会有涡动。以下主要研究这两种运动及其作用力。2.2.1转子的涡动磁悬浮飞轮转子是整个系统的关键部位，由于飞轮转子材质分布不均匀、制造存在误差（加工误差和装配误差）等原因，使得飞轮转子的转动中心和其质心存在一定的偏心距，转子存在不平衡量，使得转子在旋转过程中因此受到不平衡力，影响旋转运动，使其产生涡动。现在为简便分析飞轮转子的运动，将整个装置简化为具有偏心的单圆盘刚性转子在弹性支撑下的运动，转子水平放置在竖直轴的中央，轴的两端受到弹性支撑的作用。转子未转动时，转轴保持垂直状态。简化模型为如图2.2所示。xyzo1oFPA（a）（b）图2.2刚性转子模型


本文编号：3408574