大容量先进飞轮储能电源技术发展状况

现代飞轮储能电源综合了先进复合材料转子、磁轴承、高速电机以及功率电子技术而极大地提高了性能,近10年间,现代飞轮储能电源商业化产品推广应用发展迅速。飞轮储能电源系统在储能容量、自放电率降低等方面还有待进一步提高。飞轮储能目前适合于电网调频、小型孤岛电网调峰、电网安全稳定控制、电能质量治理、车辆再生制动及高功率脉冲电源等领域。随着飞轮储能单元并联技术及超导磁悬浮技术的逐渐成熟,其应用领域将逐步扩展到大电网储能领域。飞轮技术产品处于快速扩张时期,我国应当积极从国家层面支持飞轮储能电源技术研究开发,争取早日推出国产飞轮储能电源高技术产品。     

储能飞轮用大功率高速永磁同步电机电磁设计

储能飞轮用高速电机的工作状态包括电动机、发电机及空载三种。提高储能飞轮的能量转换效率、降低电机在各种运行状态的损耗成为其电磁设计的主要任务。从工程应用的角度,对储能飞轮用大功率高速永磁同步电机的绕组损耗、铁心损耗及涡流损耗进行了分析,重点分析了定转子间隙对转子构件涡流损耗的影响,同时提出了一种阶梯式转子永磁体结构,可满足永磁同步电机(PMSM)对空载反电动势的低谐波要求,并提出了转子护套材料的选取原则。最后通过一个算例介绍了电机的设计分析及性能参数的计算。     

飞轮储能电机定子灌封的设计与应用

基于飞轮储能电机功率密度高、需要真空环境运行等特点,为了保证定子的绝缘效果和结构强度以及利于定子的温升控制,决定对其采用灌封工艺处理。首先调研并选取了合适的灌封胶,然后根据实际工况设计了两种不同的定子灌封工装,还理清了从前期准备到开始灌封以及后处理等方面的各个关键点。现已多次在飞轮储能电机的定子灌封实践中得到了有效验证,对其他类型电机的灌封也有参考价值。     

基于强度和磁密的永磁电机转子结构优化

永磁电机转子作为储能飞轮的核心部件,需要具有较高的磁性能同时要满足材料结构强度要求。本文针对此问题,采用了综合评分法来衡量电机转子的电磁特性和力学特性。通过五因素四水平16项组合的优化方案,调整电机转子铁心结构参数,求出了因素主次顺序和最优组合。试验结果表明,在电机气隙磁密的基波幅值不变的情况下,转子最大应力值由原来的407.8 MPa,降低到了325.9 MPa,安全系数达到了1.227倍,满足了电机转子强度的设计要求。本研究提出了一种基于强度和气隙磁密的永磁电机转子结构优化方法,通过综合评分法实现了电机转子的气隙磁密的基波幅值与最大应力的综合指标的最优化。该方法可以解决大功率储能飞轮高速电机转子结构强度问题,提供了理论方法解决方案。     

飞轮储能用高速永磁同步电机技术综述

飞轮储能是一种应用前景广阔并已经得到实际应用的先进储能技术。电机作为飞轮储能系统中实现电能与机械能之间相互转换的核心部件,其性能直接影响着整个飞轮储能系统的性能。文章分析了国内外飞轮储能用高速电机的研究现状,总结了目前国内外高速飞轮电机主要结构和应用场合。阐述了飞轮储能用高速永磁同步电机的关键技术,包括转子机械强度与动力学设计,转子涡流损耗的影响因素及削弱方法,电机的冷却和散热,轴承的选择等,为进一步提高电机转速提供参考。     

500kW飞轮储能电源系统设计与实验研究

为满足钻机动力系统调峰运行要求,研制了一套电动功率110 kW、发电功率300~500 kW、储能4 500 Wh的飞轮储能电源系统。该系统采用合金钢高速飞轮储能、永磁同步电机实现电能充放,采用DSP控制功率器件实现电机的变频调速和发电整流。用有限元分析方法求解高速飞轮、永磁体嵌入式电机转子的强度问题。飞轮电机轴系采用永磁轴承与滚动轴承混合立式支承方式,本机动平衡后,系统平稳运行到额定转速3 600 r/min。飞轮储能电源系统在1 800~3 600~1 800 r/min区间充电放电循环效率为86%。     

飞轮储能用高速永磁同步电机设计

根据飞轮储能系统的运行要求,完成了一台高速永磁同步电机的电磁设计.首先分析了高速运行的永磁电机的设计原则,然后介绍其电磁设计方法,并给出所设计电机的技术指标要求和电磁设计方案,最后制造了一台样机,通过实验对所设计的电机进行验证.     

基于响应面法的磁悬浮开关磁阻电机优化设计

为改善磁悬浮飞轮电机的悬浮和转矩性能,提出了一种单绕组磁悬浮开关磁阻电机(single winding bearingless switched reluc-tance machine,SWBSRM)结构优化设计方法.通过有限元分析,结合响应面法与遗传粒子群算法对电机结构参数作进一步优化.首先通过中心复合试验设计建立样...     

单绕组磁悬浮开关磁阻飞轮电机和声混沌搜索优化设计

将开关磁阻电机定、转子位置互换,定子极上仅有一套可同时产生悬浮力和转矩的绕组,转子直驱飞轮,省去机械传动装置,得到更适合应用在飞轮储能中的单绕组磁悬浮开关磁阻飞轮电机(SWBSRFM)。SWBSRFM控制策略与开关磁阻电机有较大差异。以数学模型为基础,推导出单绕组磁悬浮飞轮电机主体尺寸计算公式。针对电机参数设计问题,结合混沌搜索的历遍性、规律性与和声搜索简单、灵活的优点,得到和声混沌搜索算法,以在较短的时间内获得电机最优结构参数。通过有限元分析飞轮电机性能,得到如下结论:SWBSRFM具有结构简单、维护方便、成本低廉、易于控制的优点,并且和声混沌搜索精确、快速、操作方便,满足设计要求。     

大功率永磁盘式电机转子结构强度研究

本研究针对盘式电机转子在高速旋转时受到离心力破坏的问题,设计了一种基于储能飞轮转子结构的盘式电机转子结构。通过对比分析传统盘式电机转子结构强度,提出了利用储能飞轮转子材料高强度的特性来抵消电机盘与磁钢产生的离心力的方法,从而提高了盘式电机转子能够承受的最大转速上限。通过对不同转速下新式盘式电机转子结构的强度分析,得出转速与电机盘和转子的最大应力曲线图。结果表明,新式盘式电机转子结构理论最高转速分别是表贴式结构的4.3倍和内嵌式结构的2.7倍。为了进一步提高新式盘式电机转子结构的性能和可靠性,本文提出了一种新式盘式电机转子结构求解最优过盈量的计算方法。通过对比不同过盈量下静态与额定转速时电机盘与转子的安全系数,求出了过盈量最优值。本研究设计的新式盘式电机转子结构具有较大的实际应用价值,可以为储能飞轮等领域提供一种高性能、高转速的盘式电机转子解决方案。