大容量磁懸浮儲能飛輪轉子跌落后的保護方法技術

本發明專利技術提供一種大容量磁懸浮儲能飛輪轉子跌落后的保護方法，通過位于磁懸浮儲能飛輪的上下保護軸承底部各裝三個壓力傳感器，測得轉子跌落及跌落方向。磁軸承控制系統確定轉子跌落后，打開電機剎車裝置，使飛輪降速。控制系統則產生一個固定的軸向控制力。同時上下徑向磁軸承產生一個固定的徑向控制力，將轉子吸到一邊。跌落保護控制分三個過程，首先軸向懸浮控制，穩定后進行上徑向懸浮控制。最后進行下徑向懸浮控制，經過幾次反復循環控制全系統穩定后，切換為正常控制模式。本發明專利技術的用于減小大容量磁懸浮儲能飛輪因意外失穩導致的轉子跌落對飛輪的損壞，較已有的方法相比，能夠更快速的確定飛輪跌落及進行復位。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及一種。
技術介紹
磁懸浮儲能飛輪是一種新一代的物理儲能裝置，具有大功率、高儲能密度，綠色環保，并具有很強的抗干擾性和快速響應等優點。磁懸浮是指轉子被電磁力支撐，與殼體之間在轉子運動過程中始終存在間隙、不接觸的一種狀態。轉子在空間運動時存在六個自由度，除自轉自由度外，必須保證其他五個自由度在轉子高速旋轉時保持運動穩定。因此需設置兩個徑向磁軸承和一個軸向磁軸承來確保轉子五個自由度的運動穩定。儲能飛輪轉子一般垂直安裝。大容量儲能飛輪是指飛輪儲能量在20kWh以上，因此對大容量儲能飛輪，其轉子重量在幾百千克到幾千千克之間、最高轉速在7000-20000rpm之間。當磁軸承控制系統意外斷電或飛輪轉子受到大的意外沖擊，轉子將會跌落。飛輪都設有保護軸承來防止這種跌落對飛輪的沖擊損壞。對大容量儲能飛輪，其積蓄的能量很大，為防止進一步的損壞，應盡快將轉子恢復穩定懸浮。但恢復懸浮是非常困難的。專利EP2006556A1提出了一種磁懸浮軸承失穩恢復懸浮方法，該方法通過計算失穩后轉子的位移矢量和轉子線速度，與建立的恢復力表比較，來實現懸浮恢復。該方法實現起來較為復雜，恢復時間長。
技術實現思路
基于以上不足之處，本專利技術公開一種。用于減小大容量磁懸浮儲能飛輪因意外失穩導致的轉子跌落對飛輪的損壞，適用于磁懸浮儲能飛輪的跌落保護。本專利技術的解決方法所采用的技術如下:1、一種，軸向磁軸承采用永磁偏置方式，當飛輪轉子跌落時，有時跌至底部，或者被吸到頂部，其特征在于，通過在磁懸浮儲能飛輪的上保護軸承底部裝有的三個壓力傳感器和下保護軸承底部裝有的三個壓力傳感器判斷出跌落方向，并將壓力傳感器輸出的壓力信號傳輸給磁軸承控制系統的DSP，磁軸承控制系統的DSP產生一個低電平信號，傳遞至電機控制系統；電機控制系統接收到該信號后，關閉電機驅動，打開電機剎車裝置，使飛輪轉子降速；磁軸承控制系統產生一個固定的軸向控制力，同時上、下徑向磁軸承產生一個固定的徑向控制力，轉子在固定的軸向控制力和徑向控制力作用下，被約束到徑向貼緊支撐殼體一側、軸向貼緊支撐殼體底部旋轉，在該狀態下持續一段時間，以減小轉子跌落導致的轉子振動的幅值；將儲能飛輪的控制模式由正常控制切換為跌落保護控制，跌落保護控制分三個步驟:控制步驟一:轉子軸向和徑向均輸出固定控制力持續5ms，保持輸出徑向固定的控制力，進行軸向懸浮控制，調節控制參數，使轉子軸向懸浮到0.5L處，L為轉子的軸向最大位移值；計算軸向傳感器信號偏值Δζ(10及其電流采樣值的偏值AizGO的移動平均值，Δ ζ (k) = I z (k)-Zs |，其中z (k)為k時刻軸向位移傳感器的采樣值，Zs為轉子在軸向0.5L處的軸向位移傳感器的采樣值，Δ iz (k) = |iz(k)|，其中iz(k)為k時刻軸向磁軸承線圈的電流傳感器采樣值，Δ Zeq (k) = 0.995 Δ Zeq (k_l) +0.005 Δ z (k)Δ Izeq (k) = 0.995 Δ Izeq (k~l) +0.005 Δ iz (k)其中，AZeq(k)為k時刻軸向位移傳感器采樣值的移動平均值，Alzeq(k)為k時刻軸向磁軸承線圈的電流傳感器采樣值的移動平均值；如果經過5ms，在5ms該時刻AZeq(k) < 100毫伏，Δ Izeq (k) < λ，λ為I安培電流對應電壓的采樣值，則判定轉子軸向懸浮穩定，反之，懸浮不穩定，繼續調節參數，再經歷5ms后繼續計算并判斷，直至軸向懸浮穩定；控制步驟二:軸向懸浮穩定后，嘗試上徑向懸浮，同時保持下徑向輸出固定控制力使下徑向偏向一側，上徑向嘗試懸浮時，控制的徑向中心xls、Yls,與上徑向偏向一側時的中心位置xlp、Ylp很接近，調節控制參數，并計算上徑向位移傳感器信號偏值Ax1 (k)、Ay1GO及其電流采樣值的偏值Δ Ix1 (k)、Δ iYl (k)的移動平均值；Ax1OO = X1 (k) -Xls I , Ay1OO = I Y1 (k)-Yls |，其中 X1 (k)、y! (k)為 k 時刻上徑向位移傳感器的電壓采樣值，Xls、Yls為轉子在上徑向最大位移的0.125倍處的移傳感器的電壓采樣值；Aix1OO = IX1 (k) U Δ Iy1 (k) = I Iy1 (k) |，其中 Ix1 (k)、Iy1 (k)為 k 時刻上徑向磁軸承線圈的電流傳感器采樣值；移動平均值計算方法為:Δ Xieq (k) = 0.995 Δ X^q (k_l) +0.005 Δ X1 (k)Δ Ixjeq (k) = 0.995 Δ Ixjeq (k~l) +0.005 Δ Ix1 (k)Δ Yjeq (k) = 0.995 Δ Yjeq (k~l) +0.005 Δ Y1 (k)Δ Iy1Gq (k) = 0.995 Δ Iyjeq (k~l) +0.005 Δ Iy1 (k)AXieq(k)、AYieq(k)為k時刻上徑向位移傳感器采樣值的移動平均值，Δ Ix^q(k)、Δ Iyjeq(k)為k時刻上徑向磁軸承線圈的電流傳感器采樣值的移動平均值；如果AXjeq(k) < 100 毫伏，AIx1Gq(Ii) < λ，Δ Yjeq(k) < 100 毫伏，Δ Iy1eq(k)<λ，λ為I安培電流對應電壓的采樣值，則判定轉子上徑向懸浮穩定；反之，懸浮不穩定，輸出固定控制力使轉子上徑向偏向一側，持續5ms;之后調節參數繼續嘗試上徑向懸浮，5ms后繼續計算并判斷，直至上徑向懸浮穩定；控制步驟三:上徑向懸浮穩定后，嘗試下徑向懸浮，下徑向嘗試懸浮時，控制的徑向中心X2s、Y2s，與下徑向偏向一側時的中心位置Χ2ρ、γ2ρ很接近，調節控制參數，并計算上徑向傳感器信號偏值Δ X2 (k)、Δ y2 (k)及其電流采樣值的偏值Δ IX2 (k)、Δ iy2 (k)的移動平均值；Δ X2 (k) = I X2 (k) -X2s |，Δ y2 (k) = y2 (k) -Y2s I，其中 X2 (k)、y2 (k)為 k 時刻上徑向位移傳感器的米樣值，X2s' Y2s為轉子在下徑向最大位移的0.125倍處的位移傳感器電壓米樣值；Aix2(k) = I ix2 (k) 1、Δ iy2 (k) = I iy2 (k) |，其中 ix2 (k)、iy2 (k)為 k 時刻上徑向磁軸承線圈的電流傳感器采樣值；移動平均值計算方法為:Δ X2eq (k) = 0.995 Δ X2eq (k_l) +0.005 Δ χ2 (k)Δ Ix22eq (k) = 0.995 Δ Ix2eq (k~l) +0.005 Δ ix2 (k)Δ Y2eq (k) = 0.995 Δ Y2eq (k_l) +0.005 Δ y2 (k)Δ Iy2eq (k) = 0.995 Δ Iy2eq (k~l) +0.005 Δ iy2 (k)AX2eq(k)、AY2eq(k)為k時刻上徑向位移傳感器采樣值的移動平均值，Δ Ix2eq(k)、Δ Iy2eq(k)為k時刻上徑向磁軸承線圈的電流傳感器采樣值的移動平均值；如果Δ X2eq (k) < 100 暈伏，Δ Ix2eq (k) < 本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種大容量磁懸浮儲能飛輪轉子跌落后的保護方法，軸向磁軸承采用永磁偏置方式，當飛輪轉子跌落時，有時跌至底部，或者被吸到頂部，其特征在于，通過在磁懸浮儲能飛輪的上保護軸承底部裝有的三個壓力傳感器和下保護軸承底部裝有的三個壓力傳感器判斷出跌落方向，并將壓力傳感器輸出的壓力信號傳輸給磁軸承控制系統的DSP，磁軸承控制系統的DSP產生一個低電平信號，傳遞至電機控制系統；電機控制系統接收到該信號后，關閉電機驅動，打開電機剎車裝置，使飛輪轉子降速；磁軸承控制系統產生一個固定的軸向控制力，同時上、下徑向磁軸承產生一個固定的徑向控制力，轉子在固定的軸向控制力和徑向控制力作用下，被約束到徑向貼緊支撐殼體一側、軸向貼緊支撐殼體底部旋轉，在該狀態下持續一段時間，以減小轉子跌落導致的轉子振動的幅值；將儲能飛輪的控制模式由正常控制切換為跌落保護控制，跌落保護控制分三個步驟：控制步驟一：轉子軸向和徑向均輸出固定控制力持續5ms，保持輸出徑向固定的控制力，進行軸向懸浮控制，調節控制參數，使轉子軸向懸浮到0.5L處，L為轉子的軸向最大位移值；計算軸向傳感器信號偏值Δz(k)及其電流采樣值的偏值Δiz(k)的移動平均值，Δz(k)＝|z(k)?Zs|，其中z(k)為k時刻軸向位移傳感器的采樣值，Zs為轉子在軸向0.5L處的軸向位移傳感器的采樣值，Δiz(k)＝|iz(k)|，其中iz(k)為k時刻軸向磁軸承線圈的電流傳感器采樣值，ΔZeq(k)＝0.995ΔZeq(k?1)+0.005Δz(k)ΔIzeq(k)＝0.995ΔIzeq(k?1)+0.005Δiz(k)其中，ΔZeq(k)為k時刻軸向位移傳感器采樣值的移動平均值，ΔIzeq(k)為k時刻軸向磁軸承線圈的電流傳感器采樣值的移動平均值；如果經過5ms，在5ms該時刻ΔZeq(k)＜100毫伏，ΔIzeq(k)＜λ，λ為1安培電流對應電壓的采樣值，則判定轉子軸向懸浮穩定，反之，懸浮不穩定，繼續調節參數，再經歷5ms后繼續計算并判斷，直至軸向懸浮穩定；控制步驟二：軸向懸浮穩定后，嘗試上徑向懸浮，同時保持下徑向輸出固定控制力使下徑向偏向一側，上徑向嘗試懸浮時，控制的徑向中心X1s、Y1s，與上徑向偏向一側時的中心位置X1p、Y1p很接近，調節控制參數，并計算上徑向位移傳感器信號偏值Δx1(k)、Δy1(k)及其電流采樣值的偏值Δix1(k)、Δiy1(k)的移動平均值；Δx1(k)＝|x1(k)?X1s|，Δy1(k)＝|y1(k)?Y1s|，其中x1(k)、y1(k)為k時刻上徑向位移傳感器的電壓采樣值，X1s、Y1s為轉子在上徑向最大位移的0.125倍處的移傳感器的電壓采樣值；Δix1(k)＝|ix1(k)|、Δiy1(k)＝|iy1(k)|，其中ix1(k)、iy1(k)為k時刻上徑向磁軸承線圈的電流傳感器采樣值；移動平均值計算方法為：ΔX1eq(k)＝0.995ΔX1eq(k?1)+0.005Δx1(k)ΔIx1eq(k)＝0.995ΔIx1eq(k?1)+0.005Δix1(k)ΔY1eq(k)＝0.995ΔY1eq(k?1)+0.005Δy1(k)ΔIy1eq(k)＝0.995ΔIy1eq(k?1)+0.005Δiy1(k)ΔX1eq(k)、ΔY1eq(k)為k時刻上徑向位移傳感器采樣值的移動平均值，ΔIx1eq(k)、ΔIy1eq(k)為k時刻上徑向磁軸承線圈的電流傳感器采樣值的移動平均值；如果ΔX1eq(k)＜100毫伏，ΔIx1eq(k)＜λ，ΔY1eq(k)＜100毫伏，ΔIy1eq(k)＜λ，λ為1安培電流對應電壓的采樣值，則判定轉子上徑向懸浮穩定；反之，懸浮不穩定，輸出固定控制力使轉子上徑向偏向一側，持續5ms；之后調節參數繼續嘗試上徑向懸浮，5ms后繼續計算并判斷，直至上徑向懸浮穩定；控制步驟三：上徑向懸浮穩定后，嘗試下徑向懸浮，下徑向嘗試懸浮時，控制的徑向中心X2s、Y2s，與下徑向偏向一側時的中心位置X2p、Y2p很接近，調節控制參數，并計算上徑向傳感器信號偏值Δx2(k)、Δy2(k)及其電流采樣值的偏值Δix2(k)、Δiy2(k)的移動平均值；Δx2(k)＝|x2(k)?X2s|，Δy2(k)＝|y2(k)?Y2s|，其中x2(k)、y2(k)為k時刻上徑向位移傳感器的采樣值，X2s、Y2s為轉子在下徑向最大位移的0.125倍處的位移傳感器電壓采樣值；Δix2(k)＝|ix2(k)|、Δiy2(k)＝|iy2(k)|，其中ix2(k)、iy2(k)為k時刻上徑向磁軸承線圈的電流傳感器采樣值；移動平均值計算方法為：ΔX2eq(k)＝0.995ΔX2eq(k?1)+0.005Δx2(k)ΔIx22eq(k)＝0.995ΔIx2eq(k?1)+0.005Δix2(k)ΔY2eq(...

【技術特征摘要】
...

【專利技術屬性】
技術研發人員：蔣濤，李虎全，祝寶紅，萬晨，
申請(專利權)人：北京奇峰聚能科技有限公司，
類型：發明
國別省市：北京;11