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电气工程专业导论 毕业设计 飞轮储能系统感应电机的电磁铁设计 湖南工程学院应用技术学院 刘金泽老师指导 电气1186班 邹泽熙 * 目录 飞轮储能系统原理和结构介绍 飞轮储能应用及前景展望 飞轮储能感应电机电磁铁的设计 小结与致谢 * 飞轮储能系统的工作原理 飞轮储能系统是一种机电能量转换的储能装置，突破了化学电池的局限，用物理方法实现储能。通过电动／发电互逆式双向电机，电能与高速运转飞轮的机械动能之间的相互转换与储存，并通过调频、整流、恒压与不同类型的负载接口。?在储能时，电能通过电力转换器变换后驱动电机运行，电机带动飞轮加速转动，飞轮以动能的形式把能量储存起来，完成电能到机械能转换的储存能量过程，能量储存在高速旋转的飞轮体中；之后，电机维持一个恒定的转速，直到接收到一个能量释放的控制信号；释能时，高速旋转的飞轮拖动电机发电，经电力转换器输出适用于负载的电流与电压，完成机械能到电能转换的释放能量过程。整个飞轮储能系统实现了电能的输入、储存和输出过程。 * 飞轮储能系统结构 飞轮 轴承 电机 变频\逆变控制器 辅助系统 * 飞轮 * 飞轮本体是飞轮储能系统中的核心部件，作用是力求提高转子的极限角速度，减轻转子重量，最大限度地增加飞轮储能系统的储能量，目前多采用碳素纤维材料制作。 轴承 * 轴承系统的性能直接影响飞轮储能系统的可靠性、效率和寿命。目前应用的飞轮储能系统多采用磁悬浮系统，减少电机转子旋转时的摩擦，降低机械损耗，提高储能效率。 电机 * 飞轮储能系统的机械能与电能之间的转换是以电动/发电机及其控制为核心实现的，电动/发电机集成一个部件，在储能时，作为电动机运行，由外界电能驱动电动机，带动飞轮转子加速旋转至设定的某一转速；在释能时，电机又作为发电机运行，向外输出电能，此时飞轮转速不断下降。显然，低损耗、高效率的电动/发电机是能量高效传递的关键。? 变频\逆变 * 电力转换装置是为了提高飞轮储能系统的灵活性和可控性，并将输出电能变换(调频、整流或恒压等)为满足负荷供电要求的电能。 飞轮储能系统的应用 电动车 * 汽车制造行业纷纷把目光转向电动汽车的研制。能找到储能密度大、充电时间短、价格适宜的新型电池，是电动汽车能否拥有更大的机动性并与汽油车一争高下的关键，而飞轮电池具有清洁、高效、充放电迅捷、不污染环境等特点而受到汽车行业的广泛重视。 应用 轨道交通 * 飞轮是机械式储能，利用旋转的转子作为储能电机和发电机,?可以在60秒周期内充放电,?满足地铁列车10秒密集发车的运行。由最高的双向充放电效率,?每天充放电次数可达1000次，使用寿命长达20年。 电气工程专业导论 * 电力系统中的飞轮储能装置 电力调峰 应用 由于用电高峰与用电低谷时电力负荷差超过l0%以上，所以电力调峰非常重要。飞轮储能发电系统具有能量的存储和释放非常方便的优点，可在任意时间间隔、以任意的规模进行。它可以就近分散放置且零排放、低噪声、适应环境保护的要求。 应用 可再生能源 * 考虑到飞轮储能的能量大。充电快捷，因此，国外不少科研机构已将储能飞轮引入风力发电系统。美国将飞轮引入风力发电系统，实现全程调峰，飞轮机组的发电功率为300KW，大容量储能飞轮的储能为277KW每小时。 应用 大功率脉冲放电电源 * 系统，可以实现这一点！ 为了避免运载火箭只能使用一次的巨大浪费和减少大气污染，美国正在研究一种磁悬浮直线电动机托架（又名太空电梯）来发射航天飞机，这需要功率巨大、但放电时间非常短促的电源，所以专门减少一个容量巨大的电力系统提供能量，显然是不合理的。而采用飞轮储能 航天飞机电磁发射示意图 飞轮储能系统展望 飞轮储能技术主要结构和运行方法已经基本明确，目前主要正处于广泛的实验阶段，小型样机已经研制成功并有应用