高温超导磁悬浮飞轮储能系统样机

在日益严峻的能源问题背景下,为展示无源高温超导磁悬浮技术在能量储存领域的应用前景,我们设计制作了一台全高温超导磁悬浮形式的飞轮储能样机.样机主要由高温超导磁悬浮轴承、飞轮转子、永磁电机和电路控制及负载部分组成.上下两个轴向型高温超导磁悬浮轴承用于悬浮和稳定飞轮转轴,直径200mm重量1.4kg的飞轮转子作为储能载体,最高可实现13000r/min的转速.在演示运行中,采用灯泡作为负载,该样机完成了从电能→机械能→电能的相互转换.     

超导飞轮储能用永磁轴承参数优化

随着近年美、德、日等国研究小组的大容量高温超导飞轮储能系统(HTS FESS)样机的报道,具有控制简单、储能密度大、效率高、寿命长、应用范围广等优点的HTS FESS已经被广泛认可。综合主要研究小组的工作发现,采用高温超导磁悬浮轴承与永磁轴承配合的结构在保证飞轮转子轴向和径向都稳定的同时,具有成本低的优势。针对这种混合轴承布置方式,文中对超导飞轮储能用永磁轴承的承载能力进行了研究,通过有限元仿真分析提出了一种径向型永磁轴承的优化方案,相关结果可为后续样机研究提供一定的参考。     

超导技术在飞轮储能系统中的应用及前景

阐述了飞轮储能装置原理和超导磁悬浮理论,并设计了超导飞轮储能系统的基本结构。采用超导磁悬浮轴承技术可以解决普通的飞轮储能系统由于有机械轴承摩擦产生的能量损耗,克服普通飞轮储能的低效、储能时间短等问题。最后简要介绍了超导飞轮储能技术的发展前景。     

飞轮储能用磁悬浮轴承研究进展北大核心

磁悬浮轴承已在高速飞轮储能和旋转机械等重要领域得到广泛应用。系统研究了高速飞轮储能用永磁悬浮、电磁悬浮、超导悬浮和混合悬浮轴承的工作原理、结构型式和特点,分析了各种磁悬浮轴承的悬浮力、刚度,并介绍了国内外研究现状以及待解决的关键技术问题,阐述了未来发展趋势。     

高温超导磁悬浮与飞轮储能

旋转飞轮的动能储存可以有多种的用途，飞轮储能装置的效率取决于轴承摩擦损耗的降低，高温超导磁悬浮具有稳定性，有可能用以制造飞轮储能用的无摩擦非接触被动磁性轴承。文章分析了超导磁悬浮的起因和特性，评介了目前高温超导ＹＢａＣｕＯ材料的水平，分析了用作飞轮储能的磁性轴承的设计考虑及有待解决的问题，最后介绍了国外的研究动态。     

磁悬浮储能飞轮系统研究进展

介绍了飞轮的基本结构 ,阐述了飞轮磁悬浮轴承的原理和特性 ,描述了国内外飞轮储能技术的研究开发现状 ;还简要介绍了该技术国内外的发展难点及今后的发展方向     

混合型高温超导飞轮储能系统磁悬浮力的仿真分析计算

磁悬浮力是块状超导体重要的实用参数,研究磁悬浮力具有实际意义;介绍了超导块材的自稳定悬浮原理;研究了永磁体的半径对系统磁悬浮力的影响,以及在永磁体半径与超导体半径不同时永磁体厚度、永磁体与超导块之间的距离及通过线圈的电流对混合磁悬浮系统的磁悬浮力的影响。使用Ansys软件对混合磁悬浮系统模型进行了仿真分析,并总结了系统各个参数与磁悬浮力之间的关系。最后通过实验验证了所得到的结论。     

高温超导磁悬浮轴承悬浮力数值分析

高温超导磁悬浮轴承已经被广泛应用到飞轮储能系统之中,它的主要结构是由高温超导体和永磁体组成。本论文基于有限元法(FEM)和临界态模型,对高温超导推力轴承的悬浮力和刚度等参数进行模拟仿真,并且在SCML-02测试装置上进行测试,计算结果与测试结果得到很好的吻合。并且进一步对环形永磁体推力轴承进行计算模拟,为进一步的轴承结构参数优化做好基础。     

重载超导飞轮储能器动态充电特性仿真研究

由于超导轴承的特殊运行机理,使得超导飞轮的动态运行特性与机械飞轮存在较大差异,并会对其充放电性能造成影响。从超导飞轮和机械飞轮的共振特性和转速特性角度,对电力电子系统及母线电压的影响进行分析。在Matlab/Simulink软件中进行超导飞轮充电系统的搭建和验证,分析得出,超导飞轮相对机械飞轮来说,对转速的波动抑制能力较差。但是由于前端稳压电路的存在,转速波动对母线电压影响不大。相关研究及结论对于超导飞轮工程应用中,充电系统及电压稳定系统设计与优化具有一定参考价值。     

高温超导磁悬浮轴承动态测试平台

为了研究高温超导磁悬浮轴承样机的动态旋转特性,介绍了由振动分析仪、转速计和位移传感器组成的动态测试平台。该测试平台不仅可以测试高温超导磁悬浮轴承的共振频率、刚度和阻尼系数等基本动态参数,而且可以实时测试旋转轴承的转速和振动偏移等运行参数。通过脉冲激励实验和自由衰减实验证实测试实验数据真实可靠。该平台的搭建将为本小组在轴对称式高温超导磁悬浮技术(轴承、飞轮等)的应用研究和开发奠定基础。     

高温超导磁悬浮轴承选择与设计

新型无摩擦高速高温超导磁悬浮轴承是高温超导磁悬浮技术最有潜力的应用之一,具有巨大的工业应用前景。文中分析比较了轴向型和径向型两种高温超导磁悬浮轴承的特点,并利用轴向型高温超导磁悬浮轴承结构简单、制作容易的优点,设计制作了一台双轴向型高温超导磁悬浮轴承样机。实验结果显示,上、下两高温超导磁悬浮轴承完全实现了2.4kg转轴的稳定悬浮及无接触旋转运行,目前受驱动电机转速限制,最高试验转速为3000 rpm。在稳定运行的基础上,该轴承样机将最终用于高温超导飞轮储能系统的原理演示。     

高温超导飞轮储能系统磁悬浮力的仿真计算与分析

阐述了飞轮储能系统的基本结构,利用有限元分析软件ANSYS进行仿真分析,搭建模型进行磁悬浮力计算,并研究系统超导块与永磁体之间的间隙和半径等尺寸参数的改变对超导磁悬浮力大小的影响。在完成上述工作后,在原悬浮系统的基础上,在超导块外侧加上线圈,并分析线圈中所加电流密度大小的不同对超导磁悬浮力的影响。     

超导导体测试系统中高温超导连接器设计分析

高温超导连接器作为超导导体测试系统的核心部件,装配在超导变压器与测试样品之间,主要包括中心骨架、超导接头、超导叠等组件。本文介绍了高温超导连接器的设计参数,并基于有限元软件对高温超导连接器高场下的电磁、机械以及稳态热进行了详细分析,计算结果表明在正常运行工况下,设计的高温超导连接器机械强度符合要求,且能实现从50 K到4.5 K的温度过渡,满足高温超导导体的测试需求。     

高温超导飞轮储能系统磁悬浮力的仿真计算与实验分析

超导磁悬浮飞轮储能装置储能密度大、储能效率高,具有很好的发展前景。阐述了超导磁悬浮飞轮储能装置的基本原理。主要研究了超导块与永磁体之间的间隙、两者的半径和永磁体厚度等尺寸参数对磁悬浮力的影响。运用有限元分析软件ANSYS对磁悬浮的基本模型进行仿真计算,得到模型的磁力线分布,进一步总结各个参数和磁悬浮力之间的关系,并进行实验验证得到的结论。     

适用于电阻型超导限流器的超导带材选取与实验研究

电阻型超导限流器主要利用超导带材在失超后的电阻抑制故障电流值,目前一般采用不锈钢加强的ReBCO超导材料。由于涂层导体的银、铜稳定层对其电阻率的影响较大,尤其在低温段的影响尤为显著,成为影响超导带材在电流冲击后响应过程的主要因素。实验表明,超导带材可承载的冲击电流幅值随持续时间延长而迅速降低,不锈钢加强层厚度的增大有利于超导带材耐冲击电流水平的增加。因此,交流超导限流器应适当选用加强层较厚的超导带材,而直流超导限流器应选择具有铜稳定层及适当减小不锈钢加强层厚度的超导带材。     

基于大型超导测试平台的移能电阻系统设计

大型超导测试平台用于测试大型超导磁性负载的性能。测试过程中,当超导磁性负载失去超导性能时,大量能量积聚于负载内部从而造成难以恢复的损害,因此需要立刻通过失超保护系统将存储于超导磁性负载内部的能量转移出并进行有效的释放。在失超保护系统中移能电阻系统用于所转移能量的承载,并通过热量排散的形式进行能量释放。针对大型超导测试平台中待测试超导磁性负载参数,设计的移能电阻系统可以根据待释放能量总量、能量转移时间以及系统电气参数等需求,通过改变电阻系统内部的连接结构从而调节移能电阻系统的能量转移过程。通过对移能电阻系统的矩阵模块化设计以及单移能电阻模块结构设计进行分析,针对每个移能电阻模块的抗电磁应力、杂散电感、结构支撑等设计进行有限元仿真分析,从而验证移能电阻系统设计的可行性。     

Bi-2212元件的超导限流特性测试与数值分析

Bi-2212元件(Bi-2212monofilar bulk element)是开发24KV/630A超导限流器(SFCL)的元件之一。本研究从实验和理论上探讨了Bi-2212元件的直流伏安特性、交流损耗特性、限流特性和局部温度分布。结果发现Bi-2212元件的临界电流增加了3.3倍而工作温度从77K降低到65K。尽管Bi-2212导体是线圈排列,但是其交流损耗的测量值与Norris方程的计算结果相似,温度都在77K和65K之间。故障期间每段温度的测量值与数值分析的结果一致。     

飞轮微振动与整星耦合特性参数补偿算法研究

为了提高飞轮与整星耦合特性影响成像像移理论预估的精度,提出了一种星上飞轮安装刚度和阻尼参数的数值补偿算法.首先,建立补偿算法数学模型,基于飞轮径向摇摆模态以及线性整星微振动传递函数模型,通过联合飞轮在专用测量平台上的扰振实测数据以及星上安装后所致成像像移实测数据构建优化函数,实现对星上飞轮安装刚度以及阻尼参数的补偿.其次,采用该算法对某型号卫星上的飞轮安装刚度以及阻尼进行了补偿和估计,最后对参数补偿前后的飞轮扰振所致像移分别进行理论预估与对比.对比结果表明:参数补偿后的预估像移数据较补偿前预估像移数据更接近实测像移数据且径向摇摆模态固有频率曲线更加明显,证明此参数补偿算法可行.本研究显著降低了整星微振动分析过程中飞轮在星上安装刚度与测试平台安装刚度不一致所带来的分析误差,为飞轮与整星耦合特性安装等效参数求解提供了一种思路.     

VB环境下基于GBIP技术超导测试系统的设计与实现

本文详细介绍了基于Visual Basic6.0高级语言和GPIB(General Purpose Interface Bus)技术,设计完成了可在10K～室温的范围内对超导薄膜材料的临界温度和临界电流测量系统,并通过对二硼化镁超导薄膜的测量结果表明本系统运行稳定,操作简便,具有一定的实用性和推广价值.     

超导同步调相机低温系统设计与试验研究

超导同步调相机是一种用于电力系统的新型动态无功补偿设备,具有高效、快速响应等优点.本文描述了10 Mvar高温超导同步调相机的总体结构,励磁绕组采用YBCO高温超导带材绕制而成,通过循环的20 K冷氦气进行冷却.低温系统主要包含3台制冷机、1台氦气泵、冷头换热器及其他辅助设备,通过旋转密封装置与电机转子部分进行连接.本文重点介绍了低温系统的设计方法,包括转子、绝热力矩管和电流引线等关键部位漏热和氦气管路流阻的计算方法,并通过多次降温试验进行实验验证.通过对带负载试验结果分析得出：存在最优的氦气压力和氦气泵转速运行参数,使得电机转子部分获的最佳冷却效果.通过与300 kvar高温超导同步调相机的耦合测试发现,所研制的低温系统可将转子系统冷却至22.4 K,满足调相机应用中对低温环境的要求.