储能飞轮能量试验测试及结果分析

储能飞轮能量释放实验所在的试验平台包括真空台、真空罩、真空泵、飞轮组体、磁轴承控制系统、电机升速控制系统、能量释放控制系统、航天用28V直流电压源、示波器、信号发生器等，如图1所示。

图1 实验平台

飞轮安置在真空台上，此平台可以给飞轮提供一个隔离的平台，可以隔离出一个接近真空的空间，也将飞轮与外界振动隔离，保证飞轮的安全运行。真空罩和真空台一起组成了一个封闭的空间，真空室的主要作用是提供真空环境以及屏蔽事故传递。在真空台下部用真空泵将真空室内的空气抽净，真空度对系统效率是一个直接的决定因素，真空度增加可明显降低风阻，减小阻耗，进而减小升速时的能量需要，提高能量转换效率。但因为空气的散热功能相应减弱，转子温升较快，所以必须采取必要的措施以改善散热条件。目前，理论上实验所用的小型平台真空度一般可达10-1Pa量级，本实验系统实际的真空度可以达到3Pa左右。

磁轴承系统对磁轴承进行控制，相应有示波器和信号发生器作为辅助设备；电机升速控制器控制电机带动飞轮转子高速转动，将电能转换为动能；转子通过能量释放控制器将动能释放出来，转变为电能，外部负载选择现象明显的灯泡；航空电源为整个试验系统提供电能，保证其安全可靠的运行。

试验时用真空泵将真空室内空气抽走，真空度在3Pa接近真空环境下进行，放电过程电机采用双端同时放电，每端负载都为2个12V直流25W的灯泡（共2×2×25=100W），输出功率为100W，负载工作正常，输出电压电流平稳，灯泡无忽明忽暗现象。

实验最高转速为42000r／min，储能密度为

降速到12000r／min时，所释放能量的功率已不足为设备供电，限，停止能量转换，所以放电深度为

所以放电深度为91.8％。实验环境接近真空，灯泡正常工作时间莎即放电时间为10min，总功率P为100W，可忽略风损，且磁悬浮轴承无摩擦损耗，去除板耗，则转换效率为

所以转换效率粗略计算可以达到88％。在保证磁悬浮储能飞轮不受损坏、允许通过最大电流的情况下，计算得到最大输出功率为200W。永磁无刷直流电机空载反电动势的波形图如图2所示。

图2 电机空载反电动势波形图

图3所示为能量释放时输出电压波形，可以看出输出电压平稳，波动小。图4中放大以后可以看到最大的高频谐波幅值小于20mV，输出电压是频率为20kHz的近似三角波，上升和下降部分分别为储能电感L2的充放电过程。

图3 输出电压波形

图4 输出电压放大波形图