飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)中感應(yīng)電機(jī)的電磁設(shè)計(jì)(開題報(bào)告)

畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開題報(bào)告題 目：飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)中感應(yīng)電機(jī)的電磁設(shè)計(jì)學(xué)院： 電氣信息學(xué)院 專業(yè)： 電氣工程及其自動(dòng)化 學(xué)生姓名： 王定忠學(xué)號(hào)：200801010114指導(dǎo)老師： 劉金澤 2012年04月15日畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開題報(bào)告文獻(xiàn)綜述0引言現(xiàn)代信息社會(huì)，對(duì)于信息時(shí)效性要求極高，一旦信息中斷，會(huì)帶來不可估量的直接經(jīng)濟(jì)損失和社會(huì)負(fù)面影響。近年來，電信運(yùn)營商、大型數(shù)據(jù)中心、政府重要部門及大型生產(chǎn)企業(yè)等單位，對(duì)正常的電力保障供應(yīng)要求越來越高，因而對(duì)于為機(jī)房設(shè)備及生產(chǎn)設(shè)備提供的UPS電源系統(tǒng)（即不間斷電源系統(tǒng)）保障的要求越來越苛刻。因此，要求必須提供365*24小時(shí)連續(xù)不斷的、可靠、安全、高效的電力供應(yīng)保障。傳統(tǒng)UPS電源系統(tǒng)利用了化學(xué)蓄電池儲(chǔ)能技術(shù)，即利用化學(xué)蓄電池作為電能的儲(chǔ)存裝置，而化學(xué)蓄電池存在著諸如占地面積大、故障率高、維護(hù)周期密集、維護(hù)成本高、使用壽命短、受充放電次數(shù)的限制，對(duì)環(huán)境的污染嚴(yán)重以及對(duì)工作溫度及其它工作環(huán)境指標(biāo)要求高等問題。由于人們現(xiàn)在對(duì)節(jié)能減排的要求，對(duì)環(huán)境保護(hù)的要求，及對(duì)化學(xué)蓄電池性能特點(diǎn)的要求不斷提高，在許多領(lǐng)域中，人們已經(jīng)不能接受化學(xué)蓄電池的弊端，而逐漸將目光放在更加先進(jìn)的儲(chǔ)能技術(shù)方式上，以替代傳統(tǒng)的化學(xué)蓄電池儲(chǔ)能技術(shù)。如何在取消傳統(tǒng)化學(xué)蓄電池的使用而使UPS電源系統(tǒng)更加安全可靠？如何取消傳統(tǒng)化學(xué)蓄電池的使用而使UPS電源系統(tǒng)更加環(huán)保、節(jié)能、低耗？如何取消傳統(tǒng)化學(xué)蓄電池的使用而使UPS電源系統(tǒng)的投入費(fèi)用和運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用更加節(jié)省同時(shí)還能夠節(jié)省大量的占地空間？這些是擺在UPS電源系統(tǒng)使用者和UPS電源系統(tǒng)制造商面前的新課題。在這種新形勢(shì)下，美國ActivePower公司采用了無需傳統(tǒng)化學(xué)蓄電池、綠色環(huán)保的磁懸浮飛輪儲(chǔ)能技術(shù)，使UPS電源系統(tǒng)的體積大大減小，可靠性、安全性大大提高。這樣既能夠滿足客戶對(duì)UPS電源系統(tǒng)整體解決方案的要求，也能滿足客戶對(duì)移動(dòng)性的要求，填補(bǔ)了市場(chǎng)的空白，成為了市場(chǎng)的新寵?！帮w輪”這一儲(chǔ)能元件，已被人們利用了數(shù)千年，從古老的紡車，到工業(yè)革命時(shí)的蒸汽機(jī)，以往主要是利用它的慣性來均衡轉(zhuǎn)速和闖過“死點(diǎn)”由于它們的工作周期都很短，每旋轉(zhuǎn)一周時(shí)間不足一秒鐘，在這樣短的時(shí)間內(nèi)，飛輪的能耗是可以忽略的?，F(xiàn)在想利用飛輪來均衡周期長達(dá)12?24小時(shí)的能量，飛輪本身的能耗就變得非常突出了。能耗主要來自軸承摩擦和空氣阻力。再一個(gè)問題是常規(guī)的飛輪是由鋼（或鑄鐵）制成的，儲(chǔ)能有限。另外要完成電能機(jī)械能的轉(zhuǎn)換，還需要一套復(fù)雜的電力電子裝置，因而飛輪儲(chǔ)能方法一直未能得到廣泛的應(yīng)用。飛輪儲(chǔ)能技術(shù)取得突破性進(jìn)展是基于下述三項(xiàng)技術(shù)的飛速發(fā)展：一是高能永磁及高溫超導(dǎo)技術(shù)的出現(xiàn)；二是高強(qiáng)纖維復(fù)合材料的問世；三是電力電子技術(shù)的飛速發(fā)展。1飛輪儲(chǔ)能（FWES）飛輪儲(chǔ)能技術(shù)由于其能量轉(zhuǎn)換效率高、無污染、維護(hù)性好、儲(chǔ)能密度高、使用壽命不受放電深度影響等特點(diǎn)越來越受到關(guān)注。隨著新型材料的應(yīng)用、磁浮技術(shù)的進(jìn)展和電機(jī)變頻調(diào)速技術(shù)的成熟，為研制飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)提供了條件。通常的飛輪儲(chǔ)能裝置由飛輪、電機(jī)、電力電子變換裝置三部分組成，如圖1所示。I供申?系坊I-kjHi了-雨一1出機(jī)I-I飛輪I圖I其中飛輪與電機(jī)轉(zhuǎn)子固定地連接在一起，飛輪儲(chǔ)能裝置的基本原理是：儲(chǔ)能時(shí)，電能通過電力電子變換裝置變換后控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng),電機(jī)帶動(dòng)飛輪加速轉(zhuǎn)動(dòng),電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能儲(chǔ)存下來。需要放能時(shí)電機(jī)作為發(fā)電機(jī)，由飛輪帶動(dòng)其轉(zhuǎn)動(dòng)將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能經(jīng)電力電子裝置變換后輸送給配電系統(tǒng)。2儲(chǔ)能原理飛輪儲(chǔ)能就是利用現(xiàn)代功率電子技術(shù)，由工頻電網(wǎng)提供的電能，經(jīng)功率電子變換器，驅(qū)動(dòng)電機(jī)帶動(dòng)飛輪高速旋轉(zhuǎn)，以動(dòng)能的形式把能量儲(chǔ)存起來，從而完成電能一機(jī)械能轉(zhuǎn)換的儲(chǔ)能過程。圖是飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)工作原理圖，其中飛輪與電機(jī)轉(zhuǎn)子固接在一起。電機(jī)維持一個(gè)恒定的轉(zhuǎn)速，直到接受到一個(gè)能量釋放的控制信號(hào)。當(dāng)需要給負(fù)載供電時(shí)，高速旋轉(zhuǎn)的飛輪作為原動(dòng)機(jī)拖動(dòng)電機(jī)發(fā)電，經(jīng)功率變換器輸出適用于負(fù)載的電流與電壓，從而完成機(jī)械能電能轉(zhuǎn)換的釋放能量過程。由此，整個(gè)飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了電能的輸入、儲(chǔ)存和輸出過程。

圖1飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)工作原理圖飛輪是一個(gè)作定軸轉(zhuǎn)動(dòng)的旋轉(zhuǎn)體，儲(chǔ)存的能量E可表示為：E=Im1式中，E 儲(chǔ)存的能量，I 飛輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，w 飛輪轉(zhuǎn)動(dòng)角速度。由此可見，為提高飛輪的儲(chǔ)能量，有兩個(gè)途徑：一是增加飛輪轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，二是提高飛輪轉(zhuǎn)速。前者可用于固定應(yīng)用場(chǎng)合，后者在對(duì)質(zhì)量有嚴(yán)格要求的場(chǎng)合有很好的效果3飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)結(jié)構(gòu)飛輪儲(chǔ)能裝置主要由高速飛輪、軸承支承系統(tǒng)、電動(dòng)發(fā)電機(jī)、功率電子變換器、電子控制設(shè)備以及附加設(shè)備(如真空室、真空泵、備用軸承)等部分組成，是一種積木式的集成系統(tǒng)。圖2是一立軸飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖，其中的軸承支承是采用磁懸浮軸承系統(tǒng)。飛輪轉(zhuǎn)子軸上下兩端采用自動(dòng)對(duì)中的斥力型徑向永磁軸承支承，實(shí)現(xiàn)無機(jī)械接觸、無摩擦，同時(shí)軸向卸載。徑向永磁軸承在徑向方向是穩(wěn)定的，而在軸向上是不穩(wěn)定的，故在軸向上采用主動(dòng)控制的推力電磁軸承，控制飛輪轉(zhuǎn)子的軸向位移。飛輪與電機(jī)轉(zhuǎn)子固定地連接在一起，易于實(shí)現(xiàn)電能與機(jī)械能之間的轉(zhuǎn)換。

圖2弋輪儲(chǔ)能裝置系統(tǒng)結(jié)構(gòu)4電機(jī)的選擇飛輪儲(chǔ)能中電能與機(jī)械能之間的轉(zhuǎn)換是以電機(jī)及其控制為核心來實(shí)現(xiàn)的。飛輪儲(chǔ)能裝置中的電機(jī)需具有以下特點(diǎn)：較大的轉(zhuǎn)矩和輸出功率；較長的穩(wěn)定使用壽命；空載損耗極低；能量轉(zhuǎn)換效率高；能適應(yīng)大范圍的速度變化。對(duì)于這種高速旋轉(zhuǎn)應(yīng)用，有種電機(jī)可供選擇：開關(guān)磁阻電機(jī)、同步磁阻電機(jī)、感應(yīng)電機(jī)和永磁無刷直流交流電機(jī)，其中永磁電機(jī)具有調(diào)節(jié)控制方便、調(diào)速范圍寬、轉(zhuǎn)子損失低、易于實(shí)現(xiàn)雙向功率轉(zhuǎn)換等優(yōu)點(diǎn)，在飛輪儲(chǔ)能應(yīng)用中有很大吸引力。5儲(chǔ)能與釋能控制飛輪儲(chǔ)能過程就是電機(jī)的升速過程。電機(jī)升速可以采用兩種變頻控制方式：恒轉(zhuǎn)

矩控制和恒功率控制。恒轉(zhuǎn)矩控制是以系統(tǒng)能承受的最大轉(zhuǎn)矩為加速轉(zhuǎn)矩，保持系統(tǒng)

的加速轉(zhuǎn)矩不變；恒功率控制是以系統(tǒng)能承受的最大功率為加速功率，保持系統(tǒng)的加

速功率不變。釋能過程中飛輪不斷減速，電機(jī)作為發(fā)電機(jī)運(yùn)行，電機(jī)的輸出電壓與頻

率隨轉(zhuǎn)速變化而不斷變化，發(fā)出的電能需先整流成直流電，再由穩(wěn)壓裝置變換成穩(wěn)定

的直流電，經(jīng)逆變器變換后轉(zhuǎn)化為交流電后才能供給負(fù)載。電機(jī)由轉(zhuǎn)速w/2升到w，按照恒轉(zhuǎn)矩控制方式，電機(jī)最大功率與加速時(shí)間分別為:兒詠=T*0)_血一八少/2)_如t[二 T二2T按照恒功率控制方式，電機(jī)功率與加速時(shí)間分別為：=r?(鏡/2)△EM/2一心/2)戈/2_3_h)比較可知，恒功率控制所需的儲(chǔ)能時(shí)間為恒轉(zhuǎn)矩控制的1.5倍而所需要的電機(jī)功率為恒轉(zhuǎn)矩控制的一半。6結(jié)論隨著我國對(duì)節(jié)能減排工作的重視程度不斷提高，隨著當(dāng)今社會(huì)人們節(jié)約資源意識(shí)和環(huán)保意識(shí)的不斷增強(qiáng)，在許多領(lǐng)域中人們已經(jīng)不能夠接受化學(xué)蓄電池的弊端，而逐漸將目光放在技術(shù)更為先進(jìn)的儲(chǔ)能方式上。飛輪儲(chǔ)能涉及到多學(xué)科的交叉，其裝置的設(shè)計(jì)過程是極其復(fù)雜的。本文對(duì)飛輪儲(chǔ)能裝置設(shè)計(jì)中的感應(yīng)電機(jī)的電磁設(shè)計(jì)作了較為全面的分析與討論，為飛輪儲(chǔ)能裝置設(shè)計(jì)的進(jìn)一步研究奠定了基礎(chǔ)。參考文獻(xiàn)張琛.直流無刷電動(dòng)機(jī)原理及應(yīng)用[M].機(jī)械工業(yè)出版社.楊松林.工程模糊論方法及其應(yīng)用[M].國防工業(yè)出版社.曹炳君.飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)中能量轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)[M].電工電能新技術(shù).蔣書運(yùn)，衛(wèi)海崗，沈祖培飛輪儲(chǔ)能技術(shù)研究的發(fā)展現(xiàn)狀J]太陽能學(xué)報(bào)，2000,21(4)：427—433.方家榮，林良真，夏平疇，等?超導(dǎo)混合磁力軸承的發(fā)展

畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開題報(bào)告開題報(bào)告一、課題的目的與意義飛輪儲(chǔ)能是一種新型的機(jī)械儲(chǔ)能技術(shù)，是將電能、轉(zhuǎn)動(dòng)能、制動(dòng)能，或者諸如風(fēng)能、太陽能等自然能轉(zhuǎn)化成飛輪的旋轉(zhuǎn)動(dòng)能加以儲(chǔ)存。與其他儲(chǔ)能技術(shù)相比，飛輪儲(chǔ)能具有大儲(chǔ)能、強(qiáng)功率、高效率、無污染、適用廣、無噪聲、長壽命、維護(hù)簡(jiǎn)單、可實(shí)現(xiàn)連續(xù)工作、可進(jìn)行模塊化設(shè)計(jì)制造等優(yōu)點(diǎn)。在21世紀(jì)，這種儲(chǔ)能技術(shù)勢(shì)必會(huì)給能量儲(chǔ)存帶來一場(chǎng)革命，展示出綠色儲(chǔ)能技術(shù)的發(fā)展前景，在電動(dòng)汽車、航空航天、電網(wǎng)調(diào)峰、不間斷供電備用電源等諸多領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景。隨著現(xiàn)代電動(dòng)發(fā)電機(jī)技術(shù)、電力電子技術(shù)、新材料技術(shù)、磁懸浮技術(shù)和控制技術(shù)的最新進(jìn)展，使這一新型儲(chǔ)能技術(shù)的開發(fā)應(yīng)用成為可能。飛輪儲(chǔ)能裝置，又稱為電動(dòng)機(jī)械電池、飛輪電池，是一種機(jī)電能量轉(zhuǎn)換與儲(chǔ)存裝置。飛輪儲(chǔ)能裝置的設(shè)計(jì)，涉及到機(jī)械、材料、電工、熱工、計(jì)算機(jī)等多學(xué)科的交叉，其設(shè)計(jì)過程是極其復(fù)雜的，本文對(duì)飛輪儲(chǔ)能裝置設(shè)計(jì)中的感應(yīng)電機(jī)的電磁設(shè)計(jì)進(jìn)行分析和討論。二、課題發(fā)展現(xiàn)狀和前景展望表1儲(chǔ)能技術(shù)的比較項(xiàng)目 飛輪儲(chǔ)能 電池抽水蓄能壓/議氣小器導(dǎo)超導(dǎo)儲(chǔ)能燃?xì)廨啓C(jī)儲(chǔ)能容議

摸塊性

循環(huán)壽命

充電吋間

地點(diǎn).可用性

儲(chǔ)能制定

建設(shè)時(shí)間

環(huán)境修后

事故后果

環(huán)境控制可用性儲(chǔ)能容議

摸塊性

循環(huán)壽命

充電吋間

地點(diǎn).可用性

儲(chǔ)能制定

建設(shè)時(shí)間

環(huán)境修后

事故后果

環(huán)境控制可用性?90

高

是

無限極高

扱妊

以周計(jì)良好

低正在開發(fā)

少量已用?60<50?907070高高極低高無否否足否>30MW兒干幾千無限兒干時(shí)時(shí)低低極好機(jī)好扱妖年年同年良好很好中高.一直一些無一些現(xiàn)在"地理隈制現(xiàn)在.地理限制正在開發(fā)止在開發(fā)現(xiàn)在褸界范國內(nèi)他給儲(chǔ)憾典鰹的拓用嗓例年份研發(fā)機(jī)構(gòu)基本參數(shù)技術(shù)特點(diǎn)作用不詳日本四國綜合研究所8MWh.儲(chǔ)能放電各4h,持機(jī)16h拓溫超導(dǎo)確浮立式軸承,儲(chǔ)能效*84%平滑負(fù)荷不詳日本原子力研究所215MW/8GJ輸出電壓18kV,輸出電M6896A,儲(chǔ)能效率笳％UPS不詳美國伽怡公司277k\Vh引入鳳力發(fā)電系統(tǒng)全程調(diào)峰1991美國馬里蘭大學(xué)24kWh,轉(zhuǎn)速11610-46345rad/niin電蘿懸浮軸承，輸出啟壓110V/240V,全程效率*1%電力調(diào)峰1996德國SMW^OOUWhT轉(zhuǎn)速2250^4500rad/niin超導(dǎo)磁浮軸承，儲(chǔ)能效率96%儲(chǔ)能電站2004巴西額定轉(zhuǎn)速30000rad/min超導(dǎo)與永磁懸浮軸承電壓補(bǔ)償三、課題主要內(nèi)容和要求確定總體方案，了解飛輪儲(chǔ)能裝置設(shè)計(jì)中