摘要
飞轮储能系统是一种新型、可靠的绿色储能系统，通过飞轮的旋转实现对能量的存储和释放。为使飞轮转子系统在实际应用中能安全可靠的运行，系统振动特性的研究一直深受关注。本文以额定转速为5000～15000rpm、储能量为600Wh的立式飞轮储能系统为研究对象，以理论结合试验，针对系统的临界转速和振动特性进行了分析研究，从而为系统的稳定运行提供理论支撑。 以电磁力的计算公式为依据，根据电磁轴承的工作原理推导了径向电磁轴承的电磁支承力模型，计算了电磁轴承的等效刚度和等效阻尼系数;计算了系统弯曲刚度增强系数，分析了过盈配合宽度、过盈量和飞轮转子半径对弯曲刚度系数的影响;简化了系统模型，并建立了动力学微分方程。 根据传递矩阵法将飞轮转子系统进行离散化，结合弯曲刚度增强系数，建立了飞轮系统从单元到整体的传递矩阵，计算出过盈配合连接飞轮转子系统的阶临界转速。并借助Workbench软件仿真过盈配合转子系统模型，对比刚性连接转子系统模型的临界转速和模态振型，验证了理论分析的合理性。 通过理论计算与仿真分析相结合的方法，计算了过盈配合接触应力的理论值，分析了过盈配合连接参数与转子系统临界转速之间的关系，以及它们对临界转速的影响方式，其中包括过盈量、法向接触刚度和接触面的摩擦系数。 对600Wh飞轮储能试验样机进行调试和升速试验，对试验中传感器收集到的数据进行处理分析。依据示波器上的信号，分析了飞轮转子在升速过程中不同转速下的运动。通过对系统在3000rpm和6000rpm运行时的振动信号进行滤波，得到了径向电磁轴承转子的振动幅值。根据绘制的频域图和时域图可以看出，转子在临界转速附近时振动幅度相对较大，但最大振幅没有超过电磁轴承0.3mm的气隙值，满足系统的设计要求，并且飞轮转子的不平衡响应与自身的转速同频。
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