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。     

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。     

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。     

2kWh/100kW超导飞轮转子动态悬浮耦合特性研究

轴承是支承轴颈和轴上回转零件旋转的关键部件,也是高速电机设备的核心组成部分,高温超导磁悬浮轴承特有的自稳定性,克服了机械轴承磨损发热等问题,也无需主动控制,具有载重比大、抗干扰、无噪音等优点,可实现转子高载重比下的超高速运行,非常适合飞轮储能器应用。本文设计了一款用于2 kWh/100 kW超导飞轮储能器的高速转子。通过飞轮转子与超导轴承的耦合计算,实现了较高的径向刚度,并优化了永磁辅助轴承结构,分析了转子的振动模态,得到了转子的特征频率,可使飞轮能稳定运行在15 000 r/min以上的转速。     

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.     

飞轮蓄能发电原理及应用

本文介绍飞轮蓄能发电的原理和飞轮蓄能发电技术的应用实例 .     

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。     

飞轮蓄能发电原理及应用

本文介绍了飞轮蓄能发电的原理和飞轮蓄能发电技术的应用实例。     

超导磁悬浮微飞轮系统设计与测试

设计了一种基于超导磁悬浮轴承的微飞轮系统样机．该微飞轮系统以超导磁悬浮轴承作为支撑机构，以平面直流无刷电机作为驱动装置，在输入电压14．4V电流0．36A时，飞轮转子在空气中最高转速可达到15000rpm．通过对采用机械轴承的飞轮系统和超导磁悬浮飞轮系统的自由降速曲线测试，求出不同轴承的摩擦损耗，并得到超导磁悬浮飞轮系...     

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。     

飞轮储能器的新型高温超导悬浮轴承研究

储能器是一种储存能量的装置,随着高温超导悬浮轴承运用到飞轮储能器中,储能效率得到了大大的提高。它的主要结构是由高温超导体和永磁体组成。文中提出一种全新高温超导悬浮轴承,并研究其的力学性能,为新型超导悬浮轴承的研究与开发做好了基础准备。     

高温超导飞轮储能演示实验

利用准单畴高温超导块材的磁悬浮特性,自制了开放性演示实验室或课堂教学所用的超导飞轮储能演示实验装置.电机驱动磁悬浮飞轮高速旋转,切断电源后因磁悬浮摩擦损耗极小能量得以储存下来.用电磁感应将磁悬浮飞轮的转动动能转换为电能,持续点亮LED发光管.该实验装置,能直观展示超导磁悬浮飞轮储能现象,可用于超导和能源相关课程的配套实验或课堂演示.     

Dynamical investigation and parameter stability region analysis of a flywheel energy storage system in charging mode

In this paper, the dynamic behavior analysis of the electromechanical coupling characteristics of a flywheel energy storage system （FESS） with a permanent magnet （PM） brushless direct-current （DC） motor （BLDCM） is studied. The Hopf bifurcation theory and nonlinear methods are used to investigate the generation process and mechanism of the coupled dynamic behavior for the average current controlled FESS in the charging mode. First, the universal nonlinear dynamic model of the FESS based on the BLDCM is derived. Then, for a 0.01 kWh/1.6 kW FESS platform in the Key Laboratory of the Smart Grid at Tianjin University, the phase trajectory of the FESS from a stable state towards chaos is presented using numerical and stroboscopic methods, and all dynamic behaviors of the system in this process are captured. The characteristics of the low-frequency oscillation and the mechanism of the Hopf bifurcation are investigated based on the Routh stability criterion and nonlinear dynamic theory. It is shown that the Hopf bifurcation is directly due to the loss of control over the inductor current, which is caused by the system control parameters exceeding certain ranges. This coupling nonlinear process of the FESS affects the stability of the motor running and the efficiency of energy transfer. In this paper, we investigate into the effects of control parameter change on the stability and the stability regions of these parameters based on the averaged-model approach. Furthermore, the effect of the quantization error in the digital control system is considered to modify the stability regions of the control parameters. Finally, these theoretical results are verified through platform experiments.     

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.     

Characterization of non-contact torque transfer and switching system for superconducting flywheel

Superconducting flywheel energy storage system can store the energy for a long duration, in that the main body of a flywheel is placed in a vacuum chamber to minimize rotational loss, and is separated from a generation motor. The superconducting flywheel device need a non-contact system which can transfer the rotational torque without contact. A combination of two permanent magnets can transmit the power without contact. We calculated the torque forces and the field distributions of two types of magnetic arrays; repulsive type and Halbach type. Both magnetic circuits have respective inner and outer diameters of 61.5 and 144 mm and consist of eight poles of Fe–Nd–B permanent magnets 30 mm in thickness. We also studied the effects of the number of poles and the size on the transferable torque forces and found that a practical torque transfer and switching systems can be constructed with a combination of permanent magnetic circuits.     

超导块材间狭窄缝隙中静磁场分布简化计算方法及应用

本文分析了超导体间静磁场分布的简化计算问题,并将推导的结论应用于超导飞轮设计中,数值计算结果证明分析方法是正确的,应用是有效的.     

HL-2A 装置供电系统

描述了HL- 2A 装置供电系统, 该系统主要由三套飞轮脉冲发电机组、磁场电源系统和辅助加热高压电源系统组成。电源系统总脉冲容量达到300MVA, 一次脉冲释能1200MJ。简要介绍了电源的控制系统和实验结果。     

永磁磁浮轴承的设计及其计算

介绍了永磁磁浮轴承结构图及其工作原理。采用等效表面电流法和 Ansoft三维有限元电磁场计算软件计算比较了永磁磁浮轴承的悬浮力。永磁磁浮轴承的损耗主要包括磁阻力矩损耗和涡流损耗。文章推导了频域涡流场和涡流电流密度公式 ,计算了磁阻力矩损耗功率和涡流损耗功率。在无轴承电机、高速离心机、飞轮储能、航空陀螺仪等高速旋转系统中具有广泛的应用前景。