基于600Wh飞轮储能系统的电磁轴承性能研究

发布时间：2017-09-29 07:40

  本文关键词：基于600Wh飞轮储能系统的电磁轴承性能研究

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【摘要】：电磁轴承的出现，避免了高速重载转子的支承系统在使用传统接触式轴承时易磨损、寿命短、具有摩擦损耗和需要油脂润滑的缺点，为飞轮储能技术的实现提供技术支撑。但是，电磁轴承的开发应用，尚未形成成熟的指标体系作为工业标准，支承特性指标尚在探索与形成过程，缺乏类似的工程实例作参考。 本文的主要工作是：以600Wh储能飞轮试验样机开发为应用对象，分析电磁轴承结构参数和控制参数对电磁轴承承载力的影响，结合样机转子系统模型，研究电磁轴承的支承特性，对电磁轴承的结构设计、控制系统开发和样机的优化提供设计依据。 首先建立电磁轴承电磁力数学模型，分析电磁轴承电磁力与结构参数和控制电流之间的函数关系，说明电磁轴承具有刚度和阻尼可调节的非线性特征的形成原因。以减小电磁力模型中非线性因素为目标，分析结构参数对电磁力的影响，找到最利于实现电磁力线性化控制的最优范围，并对结构参数提出设计范围使其能实现电磁力的线性化控制。 其次基于PID控制策略建立单自由度电磁轴承闭环控制系统模型，利用劳斯判据对控制系统的稳定性要求，得到控制参数的取值范围。通过分析不同控制参数下的等效刚度和等效阻尼，寻找控制参数对电磁轴承支承性能的影响规律。基于认识的规律，结合最优线性控制范围对控制参数的要求，确定电磁轴承PID控制器的控制参数。并在MATLAB/Simulink下建立差动控制模式的单自由度电磁轴承控制模型，得到电磁轴承在输入位移偏差时的响应特性，，验证控制参数影响支承特性规律的正确性。 最后结合600Wh储能飞轮转子-支承系统的数学模型，利用MATLAB计算不同参数下的转子涡动频率，得到转子系统的坎贝尔图，分析改变控制器参数对转子系统涡动频率的影响，为样机工作转速的设定和转子启动加速减速提出规避区域。并根据分析所得的结论对转子系统支承位置、转子系统赤道转动惯量和极转动惯量比值提出意见，为储能飞轮样机支承系统的改进提供参考依据。
【关键词】：电磁轴承 支承特性 结构参数 控制器参数 储能飞轮
【学位授予单位】：哈尔滨工程大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TH133.7;TH133.3
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第1章 绪论10-19
• 1.1 研究课题的背景与意义10-11
• 1.2 国内外研究现状与发展趋势11-15
• 1.2.1 国外研究现状11-12
• 1.2.2 国内研究现状12-14
• 1.2.3 电磁轴承技术的发展趋势14-15
• 1.3 磁轴承的分类与应用15-17
• 1.3.1 磁轴承的分类15-16
• 1.3.2 电磁轴承的应用16-17
• 1.4 课题来源17-18
• 1.5 本文主要研究内容18-19
• 第2章 电磁轴承的电磁力数学模型和衡量指标19-29
• 2.1 电磁轴承电磁力数学模型19-22
• 2.2 电磁轴承的主要衡量指标22-25
• 2.3 电磁轴承支承能力的衡量指标25-27
• 2.3.1 位移刚度系数和电流刚度系数25-26
• 2.3.2 等效刚度和等效阻尼26-27
• 2.3.3 动刚度27
• 2.4 本章小结27-29
• 第3章 600Wh 飞轮储能电磁轴承研制29-49
• 3.1 径向电磁轴承结构参数确定29-41
• 3.1.1 径向磁极结构29-30
• 3.1.2 径向电磁轴承转子参数30-31
• 3.1.3 径向电磁轴承定子参数31-34
• 3.1.4 能量损耗对结构的影响34-37
• 3.1.5 线圈绕组缠绕模具设计37-39
• 3.1.6 径向电磁轴承参数39-41
• 3.2 轴向电磁轴承结构参数确定41-44
• 3.3 结构参数对最优线性刚度的影响44-47
• 3.3.1 非线性刚度模型的建立44-45
• 3.3.2 气隙对电磁力的影响45-46
• 3.3.3 最优线性范围的确定46-47
• 3.4 电磁轴承实验测试平台47-48
• 3.5 本章小结48-49
• 第4章 控制器参数对电磁轴承支承性能的影响分析49-69
• 4.1 电磁轴承的 PID 控制器49-51
• 4.1.1 电磁轴承闭环控制系统结构49-50
• 4.1.2 PID 控制器传递函数50-51
• 4.2 控制参数对等效刚度和等效阻尼的影响分析51-56
• 4.3 控制参数对动刚度的影响分析56-59
• 4.4 控制器参数整定59-64
• 4.4.1 控制系统特征方程的建立59-61
• 4.4.2 控制器参数范围判定61-64
• 4.5 控制器仿真验证64-68
• 4.5.1 控制器参数的确定64-65
• 4.5.2 Simlink 仿真65-68
• 4.6 本章小结68-69
• 第5章 电磁轴承转子系统建模及实例分析69-84
• 5.1 电磁轴承—转子系统数学模型建立70-75
• 5.2 电磁轴承支承下的转子涡动模型75-76
• 5.3 控制器参数对转子临界转速的影响76-83
• 5.3.1 转子支承系统参数77
• 5.3.2 实例分析77-83
• 5.4 本章小结83-84
• 结论84-86
• 参考文献86-92
• 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果92-93
• 致谢93

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

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本文编号：940795