转动惯量比对飞轮转子系统稳定性影响

飞轮转子系统的结构布局对其高速旋转的稳定性有至关重要影响,以600Wh飞轮储能转子系统作为研究对象,通过建模及理论分析得到了转动惯量比与旋转运动稳定性之间存在的关系,采用转子动力学专业分析软件SAMCEF Rotor分析了两种不同转动惯量比转子的涡动频率振型,临界转速等。有限元分析结果和理论建模分析结果互为验证,结果表明:当转动惯量比接近1时,对工作转速超过一阶临界转速的飞轮转子系统,转动惯量比小于1时稳定性较转动惯量比大于1时更有优势,研究结果对以后大容量飞轮储能转子系统结构设计有重要参考依据。

圆环筒贮箱液体绕横轴的有效转动惯量

航天器贮箱内液体绕横轴和纵轴的有效转动惯量参数是飞行控制系统仿真分析的重要基础,本文分析整理了航天器圆环筒形平底贮箱内液体的有效转动惯量计算方法,依据自由液面平底圆环筒贮箱平动和绕质心横向转动激励下的液体晃动力与力矩的解析表达式,推导了激励频率趋于无限大时,液体平动晃动合力作用点所在位置和绕质心的有效转动惯量表达式,并在平底圆筒条件下利用移轴定理,验证了与液体惯性中心所在位置和绕惯性中心有效转动惯量的一致性。分析了贮箱深度和内、外径比对液体转动惯量的影响规律,补充完善了液体转动晃动特性的理论分析成果。

刚体转动惯量实验的改进

动力学法测刚体转动惯量是通过测量砝码脱落前后2π~6π角位移区间的角加速度平均值得到转动惯量,该实验要求砝码脱落前后系统为匀变速运动,但该前提条件并不能得到很好保证,从而引入了系统误差.本文利用黑白条码纸带、光纤放大器、数据采集卡等对实验装置进行了改进,同时优化了数据处理方法,减弱了对匀变速运动这一前提的要求.对照实验测量结果表明:改进后的实验装置的测量误差减小,对平行轴定理的验证效果得到了提升.

无级可变转动惯量飞轮的设计与仿真

飞轮是机械式储能系统中最常用的储能元件。常规飞轮的转动惯量是固定的,难以兼顾储能多和响应速度快的需求。针对此问题,提出了一种能在一定转速范围内无级自动调节转动惯量的飞轮装置。该装置通过沿飞轮径向设置可动的质量块实现转动惯量可变。还设置有内侧液压缸、外侧液压缸以及二者之间的双单向阀,分别用于控制油液双向流动时的阻力,进而实现对转动惯量变化速度临界值的调节。使用MATLAB软件建立仿真模型,分析飞轮装置的调节原理及特性,得出了设计要点,为开展详细工程设计提供了理论指导。

转动惯量对同步电机起动及运行的影响分析

研究了转动惯量对同步电机起动及运行的影响。从转动惯量对电机起动时间、定子电流波动、阻尼绕组温升三个方面进行分析。分析结果表明:负载转动惯量越大,电机起动时间越长,电机定子电流波动越小,电机定子电流波动越小。

基于运动形式转化利用转动惯量虚拟平动惯性质量的TMD控制系统

针对调谐质量阻尼器(Tuned Mass Damper,TMD)通常需要较大的附加质量,安装空间受限以及质量块运动时需要较大的行程等问题,基于平动‐转动运动形式相互转化和能量守恒原理,本文提出了利用转动惯量虚拟平动惯性质量的TMD控制系统(Rotary inertia virtualizing translational mass based Tuned Mass Damper,简称RTMD),进行RTMD控制系统的设计概念,以单自由度结构对象为例建立了附加RTMD控制系统的运动方程,分析了RTMD控制系统参数对结构振动控制效果的影响规律。结果表明控制效果与系统的质量比、惯质比、阻尼比等参数密切相关,相关规律也可以推广到一般多自由度结构体系一阶振动的调谐吸振减振控制。进行了模型振动台试验研究,时域分析和频域分析结果均表明,试验结果与基于理论模型的数值分析结果一致性良好,验证了RTMD控制系统理论模型的正确性、设计参数的合理性以及控制系统应用于实际问题的可行性。

基于贝叶斯推理的电力系统转动惯量和新能源虚拟惯量估计方法

在新型电力系统背景下,以风光为代表的可再生能源导致系统惯性水平低、不确定性强,电网频率稳定问题凸显。基于虚拟惯量控制的新能源虽然在一定程度上提升了低惯量电网的频率稳定性,但同时增加了电网惯量评估难度。针对传统电网在线惯量监测方式难以准确估量同步机转动惯量和新能源虚拟惯量的问题,文章在无需任何线性假设的前提下,提出一种基于多重重要性采样-贝叶斯推理的电力系统转动惯量和虚拟惯量综合估计方法。基于相量测量单位(PMU)局部测量信息和贝叶斯推理框架,通过多重重要性采样算法抽样获得惯量参数的非高斯后验分布,从而保证惯量估计准确性。仿真结果表明,该方法在同步和非同步发电机的在线惯量估计方面均具备较高的精度,可推广应用于以新能源为主导的新型电力系统。

基于CFD变形网格法的螺旋桨水中附加转动惯量研究

为了在螺旋桨设计中较为准确地估算螺旋桨在水中的附加转动惯量,为轴系设计提供更为准确的设计输入,并进一步探究螺旋桨设计参数对于附加转动惯量的影响规律,以通用计算流体力学(CFD)软件STAR-CCM+为平台,运用内置的变形网格技术,以某油船螺旋桨为研究对象,进行基于RANS方程全粘流的附加转动惯量数值计算研究。在此基础上,通过参数变换获取两组弦长和螺距等比例变化的螺旋桨模型,计算其附加转动惯量并分析和设计参数之间的关系。结果表明:对于同一弦长分布的桨,附加转动惯量占比(水中附加转动惯量除以自身转动惯量)随螺距的增加而增加;对于同样螺距分布的桨,附加转动惯量占比随弦长的增加而减小。通过回归分析,建立螺旋桨水中附加转动惯量与弦长及螺距的回归模型,实现了设计中的快速预报。

结合智能手机的刚体转动惯量教学演示

在关于刚体转动的教学中通过先讲解规则刚体的转动惯量,再引导学生推导长方体刚体的转动惯量;接着提出如何测量智能手机的转动惯量的问题.引导学生课间与课后利用智能手机的陀螺仪传感器和Phyphox软件,对手机的转动惯量进行了测量,得到了较好的结果.上述实验演示一方面不需要复杂庞大的演示仪器,教师与学生可以直接在课堂上进行自主操作测量,也可以让学生作为课后作业进行测量推算;另一方面,这个演示实验把刚体运动的若干知识点做了很好的综合,如规则长方体转动惯量的推算、平行轴定律、刚体转动动能、能量转换与能量守恒定律等。上述工作为智能手机融入大学物理演示教学提供了有益尝试。

巧求椭圆柱面的转动惯量

在极坐标系下计算了椭圆柱面绕中心对称轴旋转的转动惯量,并数值计算了转动惯量对横截面椭圆长短半轴的依赖关系曲面.

光伏并网逆变器的VSG转动惯量自适应控制方法

虚拟同步发电机是光伏并网逆变器中控制电子变换器的主要设备,但易受光伏发电动态性能的影响,导致转动惯量的控制精度较低。为此,提出光伏并网逆变器的VSG转动惯量自适应控制方法。根据光伏并网逆变器的VSG结构,在联立同步发电机中生成VSG的稳态输出,获取功率输出对逆变器VSG的特性影响。通过计算转动惯量与逆变器频率波动之间的函数关系,得出阻尼系数和频率变化程度,根据角速度偏差及变化率的实时情况调整转动惯量,明确不同程度的负荷投切情况,获取高精度转动惯量自适应控制结果。实验结果表明,所提方法在输出的有功和无功功率比较中,在0.26 s内即可快速进入平稳状态,在0.40 s时转动惯量趋于稳定,表明该方法的功率控制效果好、可实现转动惯量的高精度控制。

基于马吕斯定律测量转动惯量

基于三线摆法测量物体的转动惯量原理,结合马吕斯定律,改进了传统的三线摆周期测量方法,设计了基于马吕斯定律的三线摆转动惯量测量实验装置.通过测量光信号的变化周期间接测量三线摆的摆动周期,借助数字示波器采集实验数据,结合实验数据的离散特性,使用Origin软件对示波器导出的csv文件进行绘图和快速傅里叶变换低通滤波,由C语言程序对Origin软件导出的txt文件进行读取和平均周期计算,得到较为准确的转动惯量.

永磁同步电机转动惯量辨识方法研究

永磁同步电机结构简单、性能优越,在众多领域应用广泛。在伺服控制等高性能电机驱动领域,需对转动惯量进行精确的辨识。基于带遗忘因子的递推最小二乘法,给出了电机转动惯量辨识的实现流程,分析了注入的扰动波形及采样的随机噪声对转动惯量辨识的影响,对正弦波、三角波及方波三种典型扰动注入方式进行了比较与分析,通过对不同扰动波形下辨识效果的量化对比,认为方波注入方式具有更好的辨识效果和收敛速度,并在仿真平台对一台750 W/3000 r/min永磁同步电机进行了验证。

基于改进MRAS算法的转动惯量辨识策略

为改善传统的模型参考自适应(model reference adaptive system,MRAS)辨识系统无法同时满足收敛速度与稳定性的问题,提出改进的自适应变增益MRAS算法。对于基于MRAS的转动惯量辨识系统而言,辨识增益系数是影响辨识效果的重要参数,但在传统的MRAS辨识系统中,辨识增益系数是一个根据经验选择的固定值,无法同时满足收敛速度与稳定性两方面的需求。对MRAS算法的永磁同步电机转动惯量的辨识原理进行分析,研究了辨识增益系数对电机转动惯量辨识结果的影响,设计出一种辨识增益系数基于辨识结果偏差而实时改变的自适应变增益MRAS法。仿真验证了该方法具有可行性,同时具有速度收敛快和稳定性好的特点。

双碳背景下考虑系统转动惯量的火电机组退役分析

随着全球气候变化对人类社会的影响日益加剧,实现碳达峰和碳中和目标已成为国际社会的共同责任。火电作为主要的碳排放源之一,其有序退役是推动能源结构转型、构建清洁低碳安全高效能源体系的关键步骤。高比例可再生能源和高比例电子设备的“双高”特性日益凸显,给系统带来频率安全方面问题。为此,在火电机组退役过程中考虑了系统的转动惯量需求。首先,建立了系统最小转动惯量需求模型和传统火电机组退役模型;然后,以IEEE 24节点系统为例,给出了机组退役和电源规划的结果;最后,从系统转动惯量的角度评估了模型的有效性。

“三位一体”模式下探索大学物理实验课程中的思政元素——以测量刚体转动惯量为例

大学物理实验是高等院校理工科学生接受实验技能训练与系统实验方法的开端,也是推进“三位一体”人才培养模式建设的重要载体。文章以测量刚体转动惯量为例,探索将思政元素融入到大学物理实验课程,旨在实现知识传授、能力培养与价值引领的有机统一,推动学生全面发展。

微网逆变器的VSG转动惯量和阻尼系数自适应控制

近年来随着微网及分布式发电的快速发展,适用于微网并离网运行的虚拟同步发电机(VSG)控制技术被提出。VSG在下垂控制的基础上进一步模拟了同步发电机的转动惯量和阻尼系数。和下垂控制相比,VSG的响应特性得到了进一步的提高,但无法同时保证频率和功率的动态调节性能。针对该问题,对VSG离网工况下的输出频率和并网工况下的输出功率进行了自适应控制。首先,做出不同转动惯量和阻尼系数下的有功环根轨迹,并结合VSG转子机械方程分析转动惯量和阻尼系数对系统的影响,通过建立转动惯量和阻尼系数的自适应函数关系来对VSG实现自适应控制。最后在MATLAB/Simulink中搭建容量为20kVA的VSG自适应控制模型,并搭建了20kVA容量的VSG实验平台,仿真和实验结果验证了所提控制策略的有效性和正确性。

多微源独立微网中虚拟同步发电机的改进型转动惯量自适应控制

多微源独立微网中,传统下垂控制的输出频率动态响应速度快,虚拟同步发电机(virtual synchronous generator,VSG)控制可改善频率响应特性,但无法兼顾功率和频率的动态调节性能。针对此问题,提出一种改进的转动惯量自适应控制(improved adaptive control of inertia,IACI)。首先,在同步旋转坐标系下建立VSG数学模型,并分析转动惯量对VSG输出特性的影响;其次,在VSG控制的基础上通过在转动惯量控制中引入频率变化量形成VSG转动惯量自适应控制,并给出频率跟踪系数、转动惯量和阻尼系数等参量的整定方法;最后利用Matlab/Simulink对比VSG控制和IACI控制在VSG并入微网和负载扰动条件下的有功和频率响应曲线,在由两台1k W的VSG组成的独立微网实验平台上进行实验验证,结果表明所提控制策略可避免VSG并入微网过程中的有功振荡,且可以有效优化频率响应曲线。

虚拟同步发电机转动惯量和阻尼系数协同自适应控制策略

虚拟同步发电机(VSG)控制将同步电机的转动惯量和阻尼系数引入到逆变器的控制中,改善了系统频率响应特性,增强了微电网抗干扰的能力,但是牺牲了一定的动态调节性能。在此基础上,提出了一种VSG转动惯量和阻尼系数协同自适应控制策略。建立VSG的数学模型,分析各参数对系统输出特性的影响;在VSG控制的基础上引入转动惯量和阻尼系数协同自适应控制策略,并给出相应参数变化情况下的稳定性分析;通过MATLAB/Simulink仿真对比定参数VSG控制与转动惯量和阻尼系数协同自适应控制策略的控制效果,验证了所提控制策略的可行性和有效性。

单自由度平面连杆机构等效转动惯量计算公式

在平面连杆系统动力分析及仿真中,需要对平面连杆机构系统建立等效的动力学模型,其中等效转动惯量是一个很重要的量,因此建立平面连杆机构等效转动惯量的解析计算公式是非常必要的.在系统动能相等的条件下,以质点系动能和刚体绕质心转动动能为基础,引入多余坐标,通过平面连杆机构的非线性稳定的几何约束消去多余速度,导出了以原动件的位移为广义坐标和其他构件的位移为多余坐标表示的等效转动惯量的计算公式,并以一个实例来说明等效转动惯量公式的使用,为平面连杆机构的过渡过程动态仿真提供了理论基础.