飛輪儲能用高速永磁電機溫度場及系統(tǒng)放電過程的研究.pdf

1、飛輪儲能以其高能量密度、高功率密度、長循環(huán)壽命、快速充放電、免維護(hù)和對環(huán)境無污染等優(yōu)點在眾多領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景，高速大容量的飛輪儲能系統(tǒng)受到越來越多的關(guān)注。
　　作為高速大容量飛輪儲能系統(tǒng)機電能量轉(zhuǎn)換的核心部件，高速大功率永磁電機直接影響著飛輪儲能系統(tǒng)的性能。高速大功率永磁電機轉(zhuǎn)速高、功率密度大，單位損耗相對較大存在著轉(zhuǎn)子溫升高的問題，會對永磁體的性能產(chǎn)生不利影響，甚至導(dǎo)致永磁體熱退磁現(xiàn)象的發(fā)生。因此，研究電機結(jié)構(gòu)及護(hù)套變化對

2、高速大功率永磁電機溫度場的影響有重要意義。
　　飛輪儲能系統(tǒng)放電過程中負(fù)載會對電機內(nèi)的磁場產(chǎn)生影響，從而影響整個系統(tǒng)的放電效率及放電時間，因此研究負(fù)載對飛輪電機放電過程的影響對提高飛輪系統(tǒng)的放電性能具有重要意義。
　　本文以一臺用于飛輪儲能系統(tǒng)的200kW、15000r/min高速大功率永磁電機為研究對象，分析了轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)、護(hù)套材料及復(fù)合結(jié)構(gòu)、變頻控制產(chǎn)生的定子電流時間諧波等對電機的損耗及溫度分布的影響。
　　根據(jù)高速大

3、功率永磁電機的設(shè)計特點，給出了本電機的設(shè)計方案。建立了200kW高速大功率永磁電機的二維瞬態(tài)電磁場有限元計算模型，分析了表面式永磁電機的永磁體極間鐵心高度對電機損耗的影響，從改善主極磁場波形以減小電機損耗的方面入手，研究了永磁體形狀及充磁方向與電機損耗的關(guān)系。
　　為減小高速大功率永磁電機的損耗，分析了氣隙長度、護(hù)套厚度與電機損耗的關(guān)系，并研究了轉(zhuǎn)子護(hù)套采用不同材料及復(fù)合結(jié)構(gòu)時電機內(nèi)的損耗變化。
　　建立了200kW電機的三

4、維全域穩(wěn)態(tài)溫度場有限元計算模型，研究了轉(zhuǎn)子護(hù)套材料及復(fù)合結(jié)構(gòu)對電機溫度分布的影響，對比分析了護(hù)套采用單一材料及復(fù)合結(jié)構(gòu)時電機的定轉(zhuǎn)子溫升變化;計算了變頻控制所帶來的定子繞組電流時間諧波對電機內(nèi)的損耗及溫度的影響。研究內(nèi)容為降低高速永磁電機溫升，防止永磁體熱退磁提供參考。
　　研究了飛輪儲能系統(tǒng)的放電過程。為提高飛輪儲能系統(tǒng)的儲能密度，對飛輪采用不同結(jié)構(gòu)時的儲能量、儲能密度進(jìn)行分析。針對放電過程中電樞反應(yīng)引起電機內(nèi)磁場變化的情況，在