飛輪轉子儲能系統(tǒng)是一種將電能儲存為高速旋轉轉子中的機械能的裝置,具有高功率密度、無污染的特性。電磁軸承不僅具有無摩擦、無需潤滑、特殊環(huán)境適應性強等特性,而且還可以通過主動調整電磁軸承的控制力,以改善轉子的動力學性能。因而基于電磁軸承的高速飛輪儲能系統(tǒng)得到了迅速發(fā)展。本文主要對高速飛輪轉子系統(tǒng)的多參數(shù)耦合動力學分析及控制進行理論和實驗研究。首先,建立了一個四自由度的高速飛輪轉子系統(tǒng)模型,模型中考慮了飛輪一體化永磁電動/發(fā)電機和飛輪軸向軸承的影響。通過建立飛輪質心坐標系、電機質心坐標系和軸向軸承坐標系,將作用在飛輪一體化電機和軸向軸承上的干擾力轉換到作用在轉子質心上,形成了統(tǒng)一的高速飛輪轉子系統(tǒng)四自由度動力學方程。在分析一體化電動/發(fā)電機的單邊磁拉力時,提出了基于理想狀態(tài)氣隙磁密分布加以各因素磁密畸變系數(shù)（包括齒槽效應系數(shù)、電機偏心系數(shù)等）影響后得到一體化電動/發(fā)電機磁密分布的分析方法。然后分析了各因素對單邊磁拉力諧波次數(shù)的影響以及單邊磁拉力對飛輪系統(tǒng)轉子振動位移、控制電流和控制力的影響。結果表明,一體化電動/發(fā)電機單邊磁拉力中存在的大量諧波成分導致飛輪轉子系統(tǒng)振動和控制電流等變量中出現(xiàn)諧... 

【文章來源】：浙江大學浙江省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

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【學位級別】：碩士

【文章目錄】：
致謝
摘要
Abstract
第一章 緒論
    1.1 課題研究背景及意義
    1.2 飛輪轉子上外部干擾力的研究現(xiàn)狀
        1.2.1 飛輪轉子產(chǎn)生的質量不平衡力
        1.2.2 一體化永磁電動/發(fā)電機產(chǎn)生的單邊磁拉力
        1.2.3 軸向軸承產(chǎn)生的徑向作用力
    1.3 飛輪轉子系統(tǒng)中徑向電磁軸承的主要控制方法
        1.3.1 穩(wěn)定性控制方法
        1.3.2 轉速同頻干擾的控制方法
        1.3.3 轉速倍頻干擾的控制方法
    1.4 論文的主要工作和內容安排
        1.4.1 論文的主要工作
        1.4.2 論文的內容安排
第二章 高速飛輪轉子系統(tǒng)的建模
    2.1 高速飛輪轉子系統(tǒng)的結構和工作原理
    2.2 高速飛輪轉子系統(tǒng)的動力學模型
        2.2.1 電磁軸承徑向力的建模
        2.2.2 高速飛輪轉子系統(tǒng)的動力學建模
        2.2.3 作用在飛輪轉子上的外部干擾力分析
    2.3 本章小結
第三章 一體化永磁同步電動/發(fā)電機的單邊磁拉力建模與分析
    3.1 電機單邊磁拉力的建模
        3.1.1 電機坐標系的建立
        3.1.2 理想狀態(tài)下的電機氣隙磁密分布情況
        3.1.3 非理想狀態(tài)下的電機氣隙磁密畸變系數(shù)
        3.1.4 非理想狀態(tài)下的電機氣隙磁密分布情況
        3.1.5 電機單邊磁拉力的計算
        3.1.6 作用在飛輪轉子上的電機單邊磁拉力
    3.2 電機單邊磁拉力的幅值及頻率特性
    3.3 電機單邊磁拉力影響下的飛輪轉子系統(tǒng)振動特性
    3.4 單邊磁拉力的基頻成分對飛輪轉子系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響分析
        3.4.1 單邊磁拉力的簡化
        3.4.2 電機單邊磁拉力基頻成分的等效剛度矩陣
        3.4.3 電機單邊磁拉力基頻成分影響下的飛輪轉子系統(tǒng)穩(wěn)定性分析
    3.5 單邊磁拉力基頻成分影響下的飛輪轉子系統(tǒng)振動特性仿真
        3.5.1 恒轉速下單邊磁拉力對轉子振幅的影響
        3.5.2 恒加速下單邊磁拉力對轉子振幅的影響
    3.6 本章小結
第四章 軸向軸承徑向力的建模與分析
    4.1 永磁軸向軸承產(chǎn)生的徑向力和力矩推導
        4.1.1 永磁軸向軸承坐標系
        4.1.2 永磁軸向軸承磁環(huán)間作用力的等效磁荷模型
        4.1.3 永磁軸向軸承產(chǎn)生的徑向合力計算
        4.1.4 永磁軸向軸承產(chǎn)生的合力矩計算
        4.1.5 永磁軸向軸承對飛輪轉子的作用力
    4.2 電磁軸向軸承產(chǎn)生的徑向力和力矩推導
        4.2.1 電磁軸向軸承坐標系
        4.2.2 電磁軸向軸承的徑向作用力計算
        4.2.3 電磁軸向軸承對飛輪轉子的徑向作用力
    4.3 軸向軸承徑向干擾力的線性化及仿真分析
        4.3.1 蒙特卡洛模擬法求解四重積分
        4.3.2 永磁軸向軸承徑向力的有限元驗證
        4.3.3 上、下端永磁軸向軸承的磁環(huán)間距計算
    4.4 軸向軸承徑向力等效得到的剛度矩陣
    4.5 軸向軸承對轉子系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響
    4.6 軸向軸承的徑向力對飛輪轉子振動幅值的影響
        4.6.1 恒轉速下軸向軸承徑向力對轉子振動位移的影響
        4.6.2 恒加速下軸向軸承徑向力對轉子振動位移的影響
    4.7 本章小結
第五章 電機-軸向軸承-轉子系統(tǒng)的耦合動力學影響
    5.1 考慮電機單邊磁拉力和軸向軸承徑向力影響的飛輪轉子系統(tǒng)的動力學方程
    5.2 電機單邊磁拉力和軸向軸承徑向力共同等效的剛度系數(shù)
    5.3 電機單邊磁拉力和軸向軸承徑向力對轉子系統(tǒng)振動特性的影響
        5.3.1 恒轉速下飛輪轉子系統(tǒng)的振動特性
        5.3.2 恒加速下飛輪轉子系統(tǒng)的振動特性
    5.4 本章小結
第六章 飛輪轉子振動位移中多諧波分量的抑制
    6.1 重復控制的基本原理
        6.1.1 理想內模的重復控制器
        6.1.2 改進內模的重復控制器
    6.2 重復控制器的設計
    6.3 重復控制器對轉子振動位移中諧波的控制效果
    6.4 本章小結
第七章 飛輪轉子干擾力驗證與振動抑制實驗
    7.1 高速飛輪系統(tǒng)的硬件部分
    7.2 高速飛輪系統(tǒng)的軟件部分
    7.3 飛輪轉子系統(tǒng)中單邊磁拉力的驗證
        7.3.1 單邊磁拉力諧波成分的驗證
        7.3.2 單邊磁拉力基頻成分的驗證
        7.3.3 重復控制器對飛輪轉子系統(tǒng)中多諧波的控制實驗
    7.4 本章小結
第八章 總結與展望
    8.1 總結
    8.2 展望
參考文獻
作者簡歷
攻讀碩士學位期間科研成果


【參考文獻】：
期刊論文
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碩士論文
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本文編號：3189459