磁悬浮飞轮储能系统机电耦合动力学特性研究

根据永磁电机结构,采用解析法分析了转子偏心时气隙磁感强度分布,推导出了储能飞轮系统充放电时受到的不平衡磁吸力和洛伦兹力表达式。构建了电机-磁轴承机电耦合动力学仿真模型,分析了电机产生的不平衡力与磁悬浮飞轮动力学性能的耦合影响。在不平衡力分析基础上,设计了磁轴承系统,抑制了机电耦合的影响。研究结果表明:当系统的电机尺寸较大且应用于高能放电领域时,转子偏心引起电机产生不平衡力较大,飞轮动力学性能变化显著,合理设计磁轴承可以抑制机电耦合。

磁悬浮飞轮储能系统机电耦合非线性动力学研究

针对磁悬浮飞轮储能系统的"磁悬浮飞轮-发电机"机电耦合非线性动力学特性进行研究.通过推导磁悬浮飞轮储能系统在偏心条件下的动能、势能、发电机系统的磁场能以及系统的耗散函数,由Lagrange-Maxwell方程建立磁悬浮飞轮系统和两相四极永磁发电机系统的机电耦合动力学方程.采用数值法对0.6MW磁悬浮飞轮储能系统进行了仿真分析,研究结果表明,系统机电耦合非线性方程存在稳定的与转速同频的基频和三倍频周期运动解,且基频振动幅值比三倍频振动幅值大.对于稳定的磁悬浮储能飞轮机电耦合系统,飞轮转速增大,或磁轴承系统刚度减小或阻尼增大,或磁场能(电枢反应磁场能或永磁励磁磁场能)减小,可使系统的非线性振动幅值减小.而增大磁轴承系统的刚度,或减小磁轴承系统的阻尼,或增大系统的磁场能有可能破坏机电耦合系统的稳定性,使飞轮失稳.