【摘要】： 飛輪電池是一種以旋轉(zhuǎn)動(dòng)能的形式存儲(chǔ)電能的儲(chǔ)能裝置。其工作原理是將多余的電能轉(zhuǎn)變?yōu)楦咚傩D(zhuǎn)的飛輪轉(zhuǎn)子的動(dòng)能存儲(chǔ)下來;在需要電能的時(shí)候,再將飛輪轉(zhuǎn)子的動(dòng)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔茚尫懦鰜�。和傳統(tǒng)的化學(xué)電池相比,飛輪電池具有高能量密度,充放電時(shí)間短和長(zhǎng)壽命等優(yōu)點(diǎn),所以滿足了當(dāng)今世界對(duì)環(huán)保,高效能源的需求。飛輪電池在混合動(dòng)力車、電力系統(tǒng)調(diào)峰等等領(lǐng)域都有十分廣闊的應(yīng)用前景。 在綜合分析了與飛輪電池設(shè)計(jì)相關(guān)的關(guān)鍵技術(shù)的基礎(chǔ)上,提出了一種擬設(shè)計(jì)作為混合動(dòng)力軌道交通工具的輔助動(dòng)力的飛輪電池設(shè)計(jì)方案,其中,重點(diǎn)介紹了一種用于本文設(shè)計(jì)的飛輪電池的電磁和永磁混合磁懸浮軸承方案,即:飛輪轉(zhuǎn)子的軸向位移由電磁鐵主動(dòng)控制,其余自由度由永磁鐵以吸力方式給以約束,同時(shí)由永磁鐵提供電磁控制的偏置磁場(chǎng)。 介紹了電磁軸承和永磁軸承的相關(guān)基礎(chǔ)理論知識(shí),推導(dǎo)出了電磁鐵和永磁鐵的磁力大小和剛度的解析計(jì)算公式。在此基礎(chǔ)上,給出了本文設(shè)計(jì)的混合磁懸浮軸承的具體機(jī)械和電氣設(shè)計(jì)參數(shù)。 采用有限元分析方法,對(duì)比了兩種永磁軸承構(gòu)型的徑向磁力和剛度特性,為永磁軸承的尺寸設(shè)計(jì)提供了參考。分析了電磁力和永磁力的軸向和徑向的磁力和剛度特性,最后分別得出了電磁力和永磁力的位移和剛度特性曲線。 對(duì)本文設(shè)計(jì)的磁懸浮軸承進(jìn)行了受力分析,得出了磁軸承的數(shù)學(xué)模型。并在此基礎(chǔ)上,對(duì)磁軸承在PD以及PID控制器下對(duì)階躍擾動(dòng)力的位移響應(yīng)進(jìn)行了仿真,分析了各種控制器參數(shù)下系統(tǒng)的響應(yīng)變化情況,為實(shí)際控制器的設(shè)計(jì)提供了理論上的參考。并且還分析了各種延遲因素對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響。最后,設(shè)計(jì)了模糊—PID復(fù)合控制器,并且對(duì)模糊—PID復(fù)合控制器和PID控制器作用下的位移響應(yīng)進(jìn)行了對(duì)比。仿真結(jié)果表明模糊控制器的加入使得磁懸浮系統(tǒng)抗擾動(dòng)的能力增強(qiáng)。 最后,設(shè)計(jì)了一個(gè)永磁—電磁混合磁懸浮實(shí)驗(yàn)裝置,并采用盤式永磁無刷電機(jī)作為旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)裝置,分別采用模擬控制器和DSP數(shù)字控制器,成功實(shí)現(xiàn)了轉(zhuǎn)子的穩(wěn)定懸浮。實(shí)驗(yàn)結(jié)果證實(shí)了本文設(shè)計(jì)的飛輪電池磁懸浮方案的可行性。
【學(xué)位授予單位】：北京交通大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2009
【分類號(hào)】：TH133.3
【圖文】：

磁軸承(e)圖2一2飛輪電機(jī)和轉(zhuǎn)軸的連接方式Fig.2一 2eonneetionofflywheelmotorandshaft本文采用軸向氣隙的盤式電機(jī)作為飛輪電機(jī)，并且將飛輪電機(jī)和飛輪轉(zhuǎn)子合二為一，減小了飛輪電池的體積，使得結(jié)構(gòu)更加緊湊。2.3本文的飛輪電池總體設(shè)計(jì)方案飛輪電池的研究是個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)工程，由于其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，耗資巨大，加工難度大，所以對(duì)其研究應(yīng)當(dāng)采取一種有所側(cè)重、有的放矢的方法�？紤]到本文所設(shè)計(jì)的飛輪樣機(jī)尚處于實(shí)驗(yàn)研究階段，資金和實(shí)驗(yàn)條件有限，而且本文的研究重點(diǎn)放在磁懸浮軸承以及磁懸浮控制器的研究上，在設(shè)計(jì)飛輪的時(shí)候采用了循序漸進(jìn)、由簡(jiǎn)到繁的技術(shù)路線，這樣一種穩(wěn)妥、審慎的技術(shù)路線是實(shí)?

Fig.3一 7DifferentialcontrolbymagnetiefieldoverlaP叫卜侶卜卜口住創(chuàng).圖3一8電流疊加型差動(dòng)控制方式Fig.3一 8DifferentialeontrolbyeurrentoverlaP3.1.4靜態(tài)工作點(diǎn)的選取在我們上面提到的差動(dòng)控制方式中，對(duì)于垂直方向(即重力方向)自由度的磁懸浮控制，這里還需要強(qiáng)調(diào)的是電磁軸承的靜態(tài)工作點(diǎn)的問題。對(duì)于垂直方向自由度來說，由于上下電磁鐵的幾何結(jié)構(gòu)和電氣參數(shù)都對(duì)稱，而由于轉(zhuǎn)子自身重力的原因，如果轉(zhuǎn)子的靜態(tài)工作點(diǎn)設(shè)置在幾何中心處，上下電磁鐵的磁力相等，這樣就無法平衡轉(zhuǎn)子自重。轉(zhuǎn)子靜態(tài)工作點(diǎn)的選取可以分為兩種方式，一種是電流調(diào)節(jié)方式，一種是位移調(diào)節(jié)方式:

【引證文獻(xiàn)】

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前3條

1 刁煥勇;磁懸浮飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)轉(zhuǎn)子支承部件研究[D];武漢理工大學(xué);2011年

2 談?wù)?飛輪儲(chǔ)能驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)的研究與開發(fā)[D];天津大學(xué);2012年

3 王宗田;立式飛輪電池分立式磁浮轉(zhuǎn)子—軸承系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真[D];浙江工業(yè)大學(xué);2012年

本文編號(hào)：2723569