飞轮电池放电系统的设计及其Simulink仿真

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1、万方数据飞轮电池放电系统的设计及其Simulink仿真王君峰，赵升吨，赵承伟，林文捷(西安交通大学机械工程学院，陕西西安710049)摘要：介绍了飞轮电池的基本结构及工作原理；分析了飞轮电池放电的特点并构建了放电系统的拓扑结构；论述了Cuk升降压电路的基本原理。并基于该电路设计出了一种飞轮电池放电系统；利用Matlab的Simulink仿真功能。建立了所设计系统的仿真模型。通过仿真表明所设计的放电系统具有很好的动态和稳态性能。并可以实现较宽范围内的无级调压。关键词：飞轮电池；放电系统；仿真中图分类号：TM743文献标识码：A文章编号：1002—087X(2014)09—1695-03Des

2、ignofflywheelbatterydischargesystemanditssimulationwithSimulinkWANGJun-feng，ZHAOSheng-dun，ZHAOCheng-wei，LINWen-jie(SchoolofMechanicalEngineering,Xi’anJiaotongUniversity,Xi’anShanxi710049，China)Abstract：Thebasicstructureoftheflywheelbakeryanditsworkingprincipleswereintroduced，thecharacteristicsofth

3、edischargingprocesswereanalyzed，andthetopologicalstructureofthedischargesystemwasbuilt．ThebasicprincipleoftheBuck—BoostcircuitnamedCukwasdiscussed，andaflywheelbatterydischargesystembasedontheCukcircuitwasdesigned．BySimulinkinMatlab，thesimulationmodelwasestablished．Theresultsofthesimulationshowthat

4、thedischargesystemhasagooddynamicandstaticperformanceandisabletorealizeawiderrangeofvoltageoutputsteplessly．Keywords：flywheelbauer；dischargesystem；Simulink随着能源危机的加深，新能源的开发以及寻求新的储能方式成为研究的热点问题。就储能方式而言，目前主要有化学储能、电容储能、抽水储能、飞轮储能等，其中应用最为广泛的主要是利用化学储能的化学电池。近年来随着新型材料技术、精密加工技术、电力电子技术的发展，利用飞轮储能的飞轮电池以其高效率、无污染

5、、储能密度大、充电速度快、充放电次数不受限制、易监控等优点得到广泛关注。以电力电子技术为基础的飞轮电池的充放电系统是飞轮电池正常运行的关键。设计高效稳定的充放电系统，对飞轮电池具有重要意义：1飞轮电池的基本原理飞轮电池的基本原理是：充电时外界输入电能，飞轮转子在电机驱动下将电能转化为高速转动的飞轮转子的动能储存起来；放电时高速旋转的飞轮转子带动电机发电，电能经过电力电子系统变换后提供稳定电压供给外部负载⋯。其基本结构包括飞轮转子、轴承系统、电机系统、电力电子转换及控制装置以及防护罩，结构图如图1。假设飞轮电池充电完成时转速为∞，放电结束时转速为co／2，则飞轮电池储存能量为：收稿日期：20

6、1枷2—02作者简介：王君峰(1987一)，男。河南省人。硕士研究生。主要研究方向为机电液一体化。!Jr竺2、2：一’}j酣；j图1飞轮电池基本原理图2飞轮电池的放电过程本文以三相永磁无刷直流电机飞轮电池为例，研究其放电过程。飞轮转子高速旋转带动电机转子旋转，从而使得定子线圈中产生感应电动势。当外部负载接通时，线圈中产生电流．从而产生阻碍转子运动的安培力FoF=BILCOS0在安培力的制动作用下，飞轮转子转速逐渐下降，飞轮的动能转化为电能供给负载。随着飞轮转速的下降，感应电动势随之下降，绝大多数负载都要求输入电压稳定。因而为了得到16952014．9V01．38NO．9万方数据稳定的电压输

7、出，必须有电压变换环节。本文针对这一问题．设计了相关的变换电路及其对应的控制系统。3飞轮电池放电系统的设计3．1放电系统总体结构由于本文用的是三相永磁无刷电机，放电过程电机定子线圈中为幅值逐渐减小的三相交流电。为得到稳定的直流输出，须经过整流、滤波、稳压等环节。本文设计的放电系统框图如图2。其中整流环节采用三相桥式整流电路，DC／DC转换模块在控制系统的参与下实现稳压功能，同时DC／DC装换模块兼具滤波功能。图2放电系统