混合式磁悬浮轴承及其控制系统的研究

飞轮储能是一种新型的储能技术,它将电能、转动能、制动能或者自然能等能量转化为飞轮的旋转动能加以储存,具有高效率、无污染等优点,是一种具有广泛应用前景的储能方式。而无摩擦的磁悬浮轴承是实现高效的飞轮储能技术的关键。本文就飞轮储能用磁悬浮轴承进行了分析研究。 通过比较和分析目前能实现磁悬浮技术的几种方案,确定了混合式磁悬浮轴承的结构方式。设计了一种轴向主动、径向被动式的混合式磁悬浮轴承,并对它进行研究,分析了它的优点以及缺点,针对其所存在的不足之处提出了相应的改进方法。 对轴向电磁轴承和径向永磁轴承进行了有限元建模及仿真。分析了轴向电磁吸力轴承的轴向力与轴向位移的关系,及转子实现启浮的可能性。对径向永磁轴承的轴向力与轴向位移的关系、径向力与径向位移的关系、轴向力与径向位移的关系以及径向力与轴向位移的关系进行了相应的分析,并对工作点的设置方式提出了一些有价值的结论。 针对轴向电磁轴承的闭环系统控制方法,同时考虑了径向永磁环对轴向电磁轴承的影响,推导了闭环系统的传递函数,设置了PID控制参数。通过Simulink进行系统建模,对轴承系统的启浮、加载以及扰动的情况进行了仿真,得出了一些关于本控制系统稳定性的结论。 最后,研制了磁悬浮轴承,分析了磁悬浮用电涡流传感器的性能,并搭建了磁悬浮轴承的实验平台。通过实验分析得出磁悬浮轴承轴向力与轴向位移的关系,以及不同轴向位置处启浮电流的大小,并与仿真结果进行了对比,验证了有限元计算模型的正确性和合理性,为进一步研究混合式磁悬浮轴承的性能提供了一些计算参考和理论方法。