磁悬浮储能飞轮电动/发电机设计

发布时间：2023-01-09 14:38

　　现代社会的不断发展是以能源为支撑的,一次能源的不断消耗促使人们不断发展新能源；然而以风能和太阳能为主的新能源具有间断性和波动性问题,为了能平稳的并网,这需要高效率的储能装置。在众多储能技术中,具备高效率、长寿命、零污染等优势的飞轮储能技术得到人们的极大关注,这些优势使得其在卫星系统、分布式发电、调频调峰及轨道交通等领域展现出强大的应用价值。飞轮储能系统是一种结构复杂的机电一体化装置,主要包括飞轮、磁悬浮轴承、电动／发电机、电力变换器、真空设备、散热装置及保护壳等。本课题对容量为1kWh的飞轮储能装置进行结构分析和设计。根据设计要求,确定飞轮转子外形、材料,并对其尺寸进行计算。对于飞轮储能系统用电机,先对其特点进行理论分析,然后根据实际应用情况确定电机的类型。其次通过专业的电机设计软件进行电机初步设计,并利用有限元软件对电机性能进行分析评价,并针对性地进行参数修正、优化,直到满足性能要求。然后针对设计的电机制定控制策略,电动状态控制只需要转速反馈控制即可,发电状态时输出电压是随时间而降低的,所以需要一个电压反馈来稳定输出电压；由此设计出电机在不同状态时的控制电路,并完成了电路板的制作与测... 

【文章页数】：102 页

【学位级别】：硕士

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摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
    1.1 课题的研究背景及意义
    1.2 储能技术
        1.2.1 物理储能
        1.2.2 电磁储能
        1.2.3 电化学储能
        1.2.4 储能技术的比较
    1.3 飞轮储能技术的研究现状
        1.3.1 国外飞轮储能技术研究现状
        1.3.2 国内飞轮储能技术研究现状
    1.4 本文主要研究内容
    1.5 本章小结
第2章 飞轮储能系统结构理论分析
    2.1 飞轮储能系统的结构
    2.2 飞轮转子
        2.2.1 材料与形状
        2.2.2 飞轮转子尺寸计算
    2.3 电动/发电机系统分析
        2.3.1 电动/发电机的构成
        2.3.2 电动/发电机电动状态工作原理
        2.3.3 数学模型
        2.3.4 永磁无刷直流电机运行方式
        2.3.5 电动/发电机发电状态运行原理
    2.4 磁悬浮储能飞轮支承技术
        2.4.1 径向磁轴承的基本结构
        2.4.2 轴向磁轴承的基本结构
    2.5 控制系统
        2.5.1 电动/发电机控制系统
        2.5.2 磁悬浮轴承控制系统
    2.6 辅助系统
    2.7 飞轮储能系统整体结构设计
    2.8 本章小结
第3章 储能飞轮系统的电机设计
    3.1 储能飞轮的电动/发电机
        3.1.1 特点
        3.1.2 静态损耗分析
    3.2 电机尺寸设计
        3.2.1 电动机与发电机的区别
        3.2.2 主要尺寸计算
        3.2.3 定子的设计
        3.2.4 转子的设计
    3.3 电机的有限元分析
        3.3.1 有限元分析软件
        3.3.2 电机参数的选择
    3.4 电机模型的优化
    3.5 本章小结
第4章 电动/发电机控制系统设计
    4.1 电动/发电机控制器的特点
    4.2 电动机状态控制器分析设计
        4.2.1 基于单片机STM8S903K3T6实现的电动控制系统
        4.2.2 电机主控制芯片的程序设计
    4.3 发电机状态控制器分析设计
        4.3.1 发电主电路设计
        4.3.2 发电控制系统设计
        4.3.3 系统主电路原理图设计
    4.4 本章小结
第5章 磁悬浮飞轮实验平台搭建与调试
    5.1 磁悬浮飞轮实验平台的组成
    5.2 飞轮磁悬浮静态工作状态测试
    5.3 飞轮启动测试
    5.4 飞轮转速测试及储能量计算
    5.5 本章小结
第6章 结论及展望
    6.1 结论
    6.2 展望
参考文献
致谢
附录1
附录2
附录3
附件


【参考文献】：
期刊论文
[1]电机用硅钢片材料特性对冲压性影响的研究[J]. 张兴志,范杰,张秉芬.  微特电机. 2013(09)
[2]清华大学飞轮储能技术研究概况[J]. 戴兴建,张小章,姜新建,王善铭,沈祖培,孙旭东.  储能科学与技术. 2012(01)
[3]储能技术的发展及其在电力系统中的应用[J]. 张雪莉,刘其辉,李建宁,李赢.  电气应用. 2012(12)
[4]新型飞轮储能技术及其应用展望[J]. 葛举生,王培红.  电力与能源. 2012(02)
[5]飞轮储能系统研究进展、应用现状与前景[J]. 朱桂华,刘金波,张玉柱.  微特电机. 2011(08)
[6]大容量先进飞轮储能电源技术发展状况[J]. 戴兴建,邓占峰,刘刚,唐西胜,张凤阁,邓自刚.  电工技术学报. 2011(07)
[7]储能技术在风力发电系统中的应用[J]. 贾宏新,张宇,王育飞,何维国,符杨.  可再生能源. 2009(06)
[8]表贴式永磁同步电机转子涡流损耗解析计算[J]. 徐永向,胡建辉,邹继斌.  电机与控制学报. 2009(01)
[9]一种新型Boost变换器[J]. 李鹏飞,蒋赢,陈宗祥,潘俊民.  电力电子技术. 2008(11)
[10]磁悬浮姿控/储能飞轮能量转换控制系统设计与实验研究[J]. 杨春帆,刘刚,张庆荣.  航天控制. 2007(03)

博士论文
[1]高速永磁电机的机械和电磁特性研究[D]. 王继强.沈阳工业大学 2007

硕士论文
[1]飞轮储能系统电机设计与充放电控制仿真研究[D]. 李保军.上海交通大学 2011
[2]径向磁悬浮轴承的电磁场分析和结构优化设计[D]. 陈帝伊.山东大学 2008
[3]磁悬浮推力轴承的电磁性能分析及结构设计[D]. 代燕杰.山东大学 2008



本文编号：3729358