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.     

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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

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     

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.     

高温超导储能应用研究的新进展

简要回顾了用于高温超导储能磁体的高温超导磁体材料的性能;重点介绍了近年来几种类型的高温超导储能磁体的研究新进展;然后分别介绍了Bi-2212和Bi-2223高温超导储能磁体的研究情况;最后简述了将来可能用YB-CO(或NdBCO)涂层导体材料设计在液氮温区运行的高温超导储能磁体。     

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。     

Correlation between free oscillation frequency and stiffness in high temperature superconducting bearings

A superconducting magnetic bearing is a dynamic system, which undergoes vibrations at various frequencies during its operation. In this study, we investigated the free vibration frequency modes of a permanent magnet (PM) levitated over a high temperature superconductor (HTS) where the vibration was provided by the seismic activities of the earth. The amplitude of the vibration was less than 1 μm as measured by a vibrometer. A disk shaped PM was levitated over a melt-textured HTS YBCO (yttrium barium copper oxide). The experimental setup was adopted to do the fast Fourier transform analysis of the vibration characteristics of the levitated PM. A cross-coupling between the vibration frequency modes of vertical, lateral and angular is observed in all respective directions for any particular vibration frequency measurement. The results indicate that all the vibration modes are actually the combination of the pure vibration frequency modes. The theoretical predictions based on the frozen-image concept show that the ratio of the vertical to lateral stiffness should be higher than 2 in the dynamic case, which is observed experimentally.     

高温超导带材通流能力测试平台的设计

高温超导带材通流能力I_c是带材应用时的重要性能指标,而不同的环境温度、会对I_c产生非常大的影响。为量化测定高温超导带材在不同温度环境下的性能,设计了一套可提供高温超导带材样品性能测试的装置。该装置可提供20~77K任意温度环境、0~1000A稳定通流能力的平台,为高温超导带材性能测试提供平台。     

120kJ高温超导储能磁体的研究

阐述了120k J高温超导储能磁体的高温超导带选择及磁体主要参数。为确定120k J高温超导储能磁体绕组的通电方式,比较了30个高温超导双饼线圈两种连接方式在225A电流下的磁场特性。为满足杜瓦强度要求,针对120k J高温超导储能磁体杜瓦开展了结构设计及强度分析,结果表明,杜瓦满足高温超导绕组吊挂对其强度的要求。     

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。     

宽阻带抑制的高温超导带通滤波器设计

提出了一种新型加载插指电容的U型阶跃阻抗谐振器,该谐振器可用于实现高温超导带通滤波器的宽阻带抑制。利用所提出的新型谐振器结构,设计并制作了一个4节切比雪夫型高温超导带通滤波器。滤波器中心频率为1026 MHz,带宽12.6 MHz,第一谐频频率5121 MHz,第一谐频与基频的比值为4.92,阻带抑制度优于60 dB。