應(yīng)用于飛輪儲(chǔ)能的BLDC電機(jī)功率雙向流動(dòng)策略設(shè)計(jì)

在“碳中和，碳達(dá)峰”時(shí)代背景下，大規(guī)模新能源例如太陽(yáng)能、風(fēng)能等逐漸替代傳統(tǒng)化石能源進(jìn)行發(fā)電并網(wǎng)。新能源并網(wǎng)雖然能夠有效解決環(huán)境污染問(wèn)題，但同時(shí)由于其自身存在的間歇性與并網(wǎng)過(guò)程中引入的大量電力電子設(shè)備也使得電力系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性降低

。為了解決新能源并網(wǎng)帶來(lái)的穩(wěn)定性問(wèn)題，新型儲(chǔ)能技術(shù)逐漸引起人們關(guān)注。在目前可以規(guī)?；虡I(yè)運(yùn)行的儲(chǔ)能方式中，飛輪儲(chǔ)能作為一種物理儲(chǔ)能方式，將電能轉(zhuǎn)化為轉(zhuǎn)子的動(dòng)能，憑借其充放電效率高、無(wú)環(huán)境污染、使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，在未來(lái)以環(huán)保綠色為前提的能源市場(chǎng)環(huán)境下具有廣闊的發(fā)展前景

。

煤炭在我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展中一直占有非常重要的地位，在一次能源結(jié)構(gòu)中的比列達(dá)到70%左右。從國(guó)內(nèi)來(lái)看，未來(lái)相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)期內(nèi)，煤炭作為主體能源的地位不會(huì)改變。加強(qiáng)煤炭建設(shè)項(xiàng)目的投資控制，可以確保資金得到有效運(yùn)用，達(dá)到最佳的投資效益。

目前，國(guó)內(nèi)外企業(yè)對(duì)飛輪儲(chǔ)能進(jìn)行了大量研究，飛輪儲(chǔ)能技術(shù)正不斷得到提高

。美國(guó)Beacon Power 公司于2011 年將飛輪儲(chǔ)能技術(shù)應(yīng)用于電網(wǎng)調(diào)頻并能夠商業(yè)化運(yùn)行，Active Power公司生產(chǎn)的飛輪UPS產(chǎn)品于2017年也被數(shù)據(jù)中心、電信運(yùn)營(yíng)商等廣泛使用，紐約地鐵利用飛輪儲(chǔ)能技術(shù)實(shí)現(xiàn)了機(jī)車制動(dòng)能量的回收利用

。德國(guó)IPP研究所的托卡馬克裝置采用了飛輪儲(chǔ)能作為脈沖功率電源應(yīng)用于高科技領(lǐng)域。國(guó)內(nèi)泓慧能源企業(yè)致力于大功率真空磁懸浮飛輪儲(chǔ)能的研發(fā)，搭建MW級(jí)飛輪儲(chǔ)能應(yīng)用并進(jìn)行示范應(yīng)用，同時(shí)將飛輪技術(shù)應(yīng)用于電網(wǎng)調(diào)頻、軍事、新能源等領(lǐng)域，打破了國(guó)外壟斷，實(shí)現(xiàn)了飛輪儲(chǔ)能關(guān)鍵技術(shù)的自主可控

。貝肯新能源企業(yè)致力于提供成熟可靠的超大功率飛輪儲(chǔ)能電網(wǎng)調(diào)節(jié)技術(shù)，并已生產(chǎn)出用于商業(yè)應(yīng)用的250 kWh和500 kWh規(guī)格飛輪產(chǎn)品。奇峰聚能企業(yè)主要從事于大規(guī)模分布式儲(chǔ)能裝置等高新產(chǎn)品技術(shù)的研制

。2022年1 月由二重儲(chǔ)能參與研發(fā)的國(guó)內(nèi)首臺(tái)國(guó)產(chǎn)化200 kW 飛輪儲(chǔ)能不間斷電源車研制成功。同年2 月以飛輪儲(chǔ)能技術(shù)為核心的氫能源發(fā)電車也在冬奧會(huì)投入使用為場(chǎng)館提供應(yīng)急電力保障。從以上飛輪應(yīng)用情況可以看出，飛輪產(chǎn)品還未在國(guó)內(nèi)進(jìn)行大規(guī)模商業(yè)化運(yùn)行，飛輪電機(jī)成本較高是制約飛輪技術(shù)商業(yè)化發(fā)展的重要因素。飛輪電機(jī)一般采用永磁電機(jī)

，此種電機(jī)轉(zhuǎn)子為永磁體，作電動(dòng)機(jī)使用定子繞組產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)帶動(dòng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，作發(fā)電機(jī)使用轉(zhuǎn)子產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，定子繞組切割磁感線產(chǎn)生電流。選擇BLDC電機(jī)作為飛輪儲(chǔ)能電機(jī)，相比于永磁同步電機(jī)與異步電機(jī)，其功率密度更大，扭矩大，體積小，還能夠減小飛輪產(chǎn)品的重量，提高飛輪產(chǎn)品的經(jīng)濟(jì)性。

將BLDC電機(jī)應(yīng)用于飛輪儲(chǔ)能，需要考慮能否通過(guò)電機(jī)的充放電控制實(shí)現(xiàn)電能與飛輪動(dòng)能的相互轉(zhuǎn)化。文獻(xiàn)[10]提出使用半橋斬波方式，利用反電勢(shì)與電感電勢(shì)之和大于電源電壓，從而實(shí)現(xiàn)BLDC電機(jī)放電功能，此種方式會(huì)使第三相繞組導(dǎo)通，產(chǎn)生大的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)。文獻(xiàn)[11]在半橋斬波方式基礎(chǔ)上提出的全橋制動(dòng)方式能夠降低繞組損耗，但存在電源輸出功率與轉(zhuǎn)子動(dòng)能共同轉(zhuǎn)化為磁場(chǎng)能量輸入電感的工況，造成繞組損耗。文獻(xiàn)[12]使用BLDC 電機(jī)實(shí)現(xiàn)充放電功能，但放電過(guò)程需要采用升壓斬波電路維持輸出電壓穩(wěn)定。文獻(xiàn)[13]提出BLDC 電機(jī)放電過(guò)程中電機(jī)側(cè)逆變器6個(gè)開(kāi)關(guān)管全部關(guān)斷，感應(yīng)電流經(jīng)過(guò)續(xù)流二極管流出，需要再外接Boost升壓電路以提供穩(wěn)定的直流電源。文獻(xiàn)[14]提出的飛輪電機(jī)充放電穩(wěn)壓拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)與逆變策略雖然能夠?qū)崿F(xiàn)充放電，但僅適用于開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)。文獻(xiàn)[15]分析了充電模式下飛輪電機(jī)控制器的設(shè)計(jì)，并未對(duì)電機(jī)放電策略的設(shè)計(jì)進(jìn)行分析。文獻(xiàn)[16]對(duì)飛輪電機(jī)調(diào)速控制策略中加入了雙級(jí)降壓斬波電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)并進(jìn)行了仿真驗(yàn)證，雖然提高了電機(jī)轉(zhuǎn)速控制精度，但依舊引入附加電路增加電機(jī)成本。

綜上，本文基于BLDC電機(jī)工作原理，搭建應(yīng)用于飛輪儲(chǔ)能的BLDC電機(jī)模型，由于BLDC電機(jī)是采用傳統(tǒng)的二二導(dǎo)通方式進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，所以考慮在不增加額外輔助電路的方式基礎(chǔ)上，通過(guò)改變晶閘管導(dǎo)通關(guān)斷順序?qū)崿F(xiàn)電機(jī)的充放電功能。當(dāng)電機(jī)處于充電狀態(tài)時(shí)，電能轉(zhuǎn)換為飛輪轉(zhuǎn)子動(dòng)能，電機(jī)吸收功率，當(dāng)電機(jī)處于放電狀態(tài)時(shí)，飛輪轉(zhuǎn)子動(dòng)能轉(zhuǎn)換為電能，電機(jī)發(fā)出功率，從而實(shí)現(xiàn)功率的雙向流動(dòng)過(guò)程，并且在所制定的控制策略基礎(chǔ)上，電機(jī)充放電狀態(tài)能通過(guò)外界指令進(jìn)行正確切換，為后續(xù)飛輪產(chǎn)品的實(shí)現(xiàn)提供理論基礎(chǔ)。

1 BLDC電機(jī)建模

春夏之交是采摘柳蒿芽的最隹之際，婦女們成群結(jié)隊(duì)來(lái)到江河邊采摘柳蒿芽，休息之余還要邊歌邊舞，抒發(fā)對(duì)美好生活和大自然的愛(ài)戀情懷。采摘柳蒿芽除了嘗鮮之外，其余大部分要曬干或用開(kāi)水焯了以后，放入冰箱儲(chǔ)存起來(lái)，待日后食用。過(guò)去災(zāi)荒年青黃不接時(shí)，是柳蒿芽采添飽了達(dá)斡爾人饑腸轆轆的腸胃，拯救了達(dá)斡爾人的生命，從此，達(dá)斡爾人同柳蒿芽—庫(kù)木勒結(jié)下了難以割舍的情緣。遠(yuǎn)居他鄉(xiāng)的達(dá)斡爾人，總是把家鄉(xiāng)帶回或其它方式捎來(lái)的柳蒿芽視為珍品隹肴，每每品嘗都會(huì)增添思念家鄉(xiāng)的情愫，拉近同家鄉(xiāng)的距離。

1.1 定子繞組模塊

高中政治教材中收錄了很多經(jīng)典文章，并涉及方方面面的知識(shí)。對(duì)此，教師在組織教學(xué)活動(dòng)時(shí)，應(yīng)該深入挖掘有效的教學(xué)資源，讓課堂教學(xué)內(nèi)容更加豐富，這樣可以幫助學(xué)生增長(zhǎng)見(jiàn)識(shí)，在潛移默化中提升學(xué)生的政治綜合素養(yǎng)。教師尤其要注重在課堂上運(yùn)用微課，為學(xué)生帶來(lái)新奇的體驗(yàn)，讓學(xué)生盡情徜徉在知識(shí)的海洋中，從而開(kāi)闊學(xué)生的視野，提升學(xué)生的政治學(xué)習(xí)能力。

要培育和發(fā)展壯大社會(huì)組織,推動(dòng)社會(huì)組織成為政府環(huán)境治理的參謀助手、監(jiān)督員以及充分發(fā)揮生態(tài)文明建設(shè)的民眾主體。環(huán)境組織在環(huán)境管理方面具有得天獨(dú)厚的優(yōu)勢(shì)。一是利益無(wú)關(guān)、相對(duì)公正;二是層級(jí)簡(jiǎn)單,效率高;三是增加群眾參與感,提高群眾環(huán)保意識(shí)。相比于政府和企業(yè)之間監(jiān)督與被監(jiān)督的關(guān)系,環(huán)境組織在調(diào)節(jié)政府與企業(yè)之間的關(guān)系上發(fā)揮著橋梁作用。另外,生態(tài)文明建設(shè)本身事關(guān)我們每一個(gè)人,必須充分調(diào)動(dòng)民眾參與的積極性,提供平臺(tái)、暢通渠道,引導(dǎo)、鼓勵(lì)民眾積極參與生態(tài)文明市場(chǎng)機(jī)制建設(shè)。

每相定子繞組電壓

與電流

關(guān)系為

式中，

為定子繞組等效電阻值；

為電機(jī)角速度；

為定子繞組等效電感值；

E

為反電勢(shì)值。實(shí)驗(yàn)搭建的BLDC電機(jī)定子繞組模型如圖1所示。

此外，我們強(qiáng)化了科研對(duì)教學(xué)的支撐，成立了“馬克思主義理論創(chuàng)新研究室”“紅色文化研究室”“思想政治工作研究室”3個(gè)研究團(tuán)隊(duì)，僅2018年上半年就成功立項(xiàng)4個(gè)校級(jí)課題。

圖1 中

、

、

表示每相繞組反電勢(shì)值，三相繞組呈星形連接，每相繞組的電阻、電感，與反電勢(shì)串聯(lián)連接。BLDC電機(jī)運(yùn)行過(guò)程中每次只導(dǎo)通其中兩相，電流從一相流入，一相流出，所以總的反電勢(shì)為導(dǎo)通兩相反電勢(shì)之和。

1.2 反電勢(shì)生成模塊

BLDC 電機(jī)參數(shù)中

=

表示輸入電壓每增加1 V，轉(zhuǎn)速每增加

轉(zhuǎn)，由于BLDC 電機(jī)反電勢(shì)為梯形波，所以將轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過(guò)的相位做單位正弦，添加滯環(huán)環(huán)節(jié)，輸出與

值相乘即可得反電勢(shì)?？紤]到電機(jī)每60°電角度換相一次，實(shí)驗(yàn)中設(shè)置的初始時(shí)刻是C 相反電勢(shì)值為0，所以需要對(duì)另外兩相作相位補(bǔ)償，以產(chǎn)生正確的梯形波。電機(jī)的反電勢(shì)輸出波形如圖2所示。

BLDC電機(jī)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)為永磁體，定子結(jié)構(gòu)為三相繞組，每相定子繞組可由電感電阻代替。

圖2中三相反電勢(shì)均為梯形波且依次循環(huán)導(dǎo)通。反電勢(shì)生成模塊輸入量為電機(jī)角速度，輸出量為三相反電勢(shì)梯形波，且反電勢(shì)幅值與角速度成正比例關(guān)系。

1.3 霍爾信號(hào)生成模塊

本次BLDC電機(jī)驅(qū)動(dòng)模擬采用的是有霍爾驅(qū)動(dòng)，為得到霍爾信號(hào)，同樣將轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過(guò)相位做單位正弦，函數(shù)幅值大于等于零時(shí)霍爾信號(hào)輸出為1，幅值小于零時(shí)霍爾信號(hào)輸出為0，以此方法模擬霍爾信號(hào)變化，由于三相霍爾信號(hào)狀態(tài)不同，所以需對(duì)每相相位進(jìn)行補(bǔ)償。電機(jī)霍爾信號(hào)輸出波形如圖3所示。由于BLDC電機(jī)一周期內(nèi)存在6種狀態(tài)，6種狀態(tài)導(dǎo)通相分別是

、

、

、

、

、

，所以霍爾值對(duì)應(yīng)輸出也為6個(gè)值，每種值對(duì)應(yīng)一種電機(jī)狀態(tài)。

將飛輪轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)與電機(jī)轉(zhuǎn)子軸承相連，通過(guò)控制電機(jī)轉(zhuǎn)速實(shí)現(xiàn)對(duì)飛輪的轉(zhuǎn)速控制。電機(jī)在充電控制策略下反電勢(shì)與電流同向，此時(shí)電機(jī)處于電動(dòng)機(jī)模式，電機(jī)吸收功率，轉(zhuǎn)速增加，由轉(zhuǎn)子帶動(dòng)飛輪旋轉(zhuǎn)，將電能轉(zhuǎn)換為飛輪動(dòng)能，飛輪進(jìn)入充能狀態(tài)。電機(jī)在放電控制策略下，飛輪轉(zhuǎn)速方向不變，飛輪帶動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，定子繞組切割磁感線產(chǎn)生感應(yīng)電流，此時(shí)電機(jī)處于發(fā)電機(jī)模式，感應(yīng)電流通過(guò)放電控制策略下的晶閘管導(dǎo)通順序?qū)崿F(xiàn)向外界供電，電機(jī)發(fā)出功率，轉(zhuǎn)速降低，從而使飛輪動(dòng)能轉(zhuǎn)化為電能，飛輪進(jìn)入釋能狀態(tài)。

通過(guò)對(duì)承災(zāi)體危險(xiǎn)性、暴露性、脆弱性和應(yīng)急保障能力進(jìn)行分析，構(gòu)建城市災(zāi)害綜合風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系?；谝阎牟糠謾?quán)重信息，采用TOPSIS方法計(jì)算指標(biāo)權(quán)重，構(gòu)建基于云模型的城市綜合災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)模型，對(duì)城市災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)劃分等級(jí)，得到城市綜合災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)的云圖，以確定城市的風(fēng)險(xiǎn)級(jí)別并為城市防災(zāi)規(guī)劃提供決策依據(jù)。

1.4 轉(zhuǎn)速生成模塊

BLDC電機(jī)轉(zhuǎn)矩生成來(lái)自扭矩方程：

式中，

為電機(jī)扭矩，

為負(fù)載轉(zhuǎn)矩，

為電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。

從表1可以看出，6個(gè)霍爾值與電機(jī)6種開(kāi)關(guān)狀態(tài)呈現(xiàn)一一對(duì)應(yīng)關(guān)系，所以可令每相橋臂上橋臂導(dǎo)通時(shí)輸出幅值為1，下橋臂導(dǎo)通時(shí)輸出幅值為-1，上下橋臂均不導(dǎo)通時(shí)輸出幅值為0。由霍爾碼可寫(xiě)出充電過(guò)程每相橋臂導(dǎo)通關(guān)斷邏輯表達(dá)式：

1.5 扭矩生成模塊

電機(jī)的扭矩生成來(lái)自電磁功率

：

通過(guò)調(diào)查，我們也發(fā)現(xiàn)，泰國(guó)留學(xué)生雖然已經(jīng)在目的語(yǔ)環(huán)境生活學(xué)習(xí)了一段時(shí)間，但語(yǔ)用上和本土人仍有差異。如情景2、4、8中，社會(huì)關(guān)系較近，相對(duì)社會(huì)地位高于或等于聽(tīng)話人，請(qǐng)求行為開(kāi)展難度較小，50%以上的中國(guó)人使用直接策略，而留學(xué)生并非如此，甚至有留學(xué)生在采訪中問(wèn)筆者為何自己的事要讓別人做？中國(guó)屬儒家文化圈，長(zhǎng)期以來(lái)受文化因素影響，長(zhǎng)者對(duì)晚輩直接訴求。受人情關(guān)系影響，對(duì)和自己社會(huì)地位相等，社會(huì)關(guān)系較密切的朋友，也直接請(qǐng)求。由此發(fā)現(xiàn)，即使在目的語(yǔ)環(huán)境，漢語(yǔ)水平較高的留學(xué)生語(yǔ)用過(guò)程中也還是會(huì)和本土民族不相一致。

式中，

為各相繞組反電勢(shì)；

為各相繞組流過(guò)電流。電機(jī)扭矩生成模型如圖5所示，扭矩模型輸入為三相電磁功率之和，三相功率之和除以角速度即為輸出扭矩。電機(jī)充電過(guò)程中輸出扭矩為正，表示電機(jī)吸收功率，電機(jī)放電過(guò)程中輸出扭矩為負(fù)，表示電機(jī)發(fā)出功率。

1.6 電機(jī)整體模型

實(shí)驗(yàn)搭建的BLDC 電機(jī)整體模型如圖6 所示，電機(jī)輸入為直流穩(wěn)壓電源，直流電源經(jīng)過(guò)逆變器驅(qū)動(dòng)電機(jī)旋轉(zhuǎn)，根據(jù)電機(jī)輸出的霍爾信號(hào)作為晶閘管的換相使能信號(hào)，從而改變晶閘管的導(dǎo)通順序，實(shí)現(xiàn)電機(jī)的充放電過(guò)程。通過(guò)PWM 調(diào)制方式實(shí)現(xiàn)電機(jī)轉(zhuǎn)速電流控制。

2 功率雙向流動(dòng)控制策略設(shè)計(jì)

飛輪主要有充電、放電、維持3種狀態(tài)。在充電控制策略下，電機(jī)處于充電狀態(tài)，電機(jī)反電勢(shì)與電流方向同向，電機(jī)作為負(fù)載消耗功率。當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)到額定轉(zhuǎn)速時(shí)，電機(jī)轉(zhuǎn)速維持恒定，電機(jī)進(jìn)入維持狀態(tài)，此時(shí)電機(jī)保持低功率運(yùn)行。在放電控制策略下，電機(jī)切換成放電狀態(tài)，即電機(jī)反電勢(shì)與電流方向反向，電機(jī)作為電源發(fā)出功率。在充放電過(guò)程中，實(shí)現(xiàn)功率的雙向流動(dòng)。

2.1 充電控制策略設(shè)計(jì)

BLDC 電機(jī)換相驅(qū)動(dòng)由判斷霍爾元件值進(jìn)行，通過(guò)讀取霍爾值判斷出導(dǎo)通相順序，再與使能端進(jìn)行邏輯與運(yùn)算，即可實(shí)現(xiàn)BLDC電機(jī)六步驅(qū)動(dòng)。

在放電控制策略下，電機(jī)運(yùn)行過(guò)程中霍爾值依次輸出為100、110、010、011、001、101共6種狀態(tài)，對(duì)應(yīng)橋臂導(dǎo)通相更改為CA、CB、AB、AC、BC、BA，此時(shí)電機(jī)每相繞組反動(dòng)勢(shì)與流經(jīng)電流反向，飛輪轉(zhuǎn)子帶動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，飛輪發(fā)出功率，電機(jī)電源側(cè)吸收功率，電機(jī)將飛輪動(dòng)能轉(zhuǎn)換為電能。

表1中霍爾碼3個(gè)霍爾值依次表示

相、

相、

相三相霍爾值讀出狀態(tài)。反電勢(shì)值表示電機(jī)旋轉(zhuǎn)過(guò)程中實(shí)時(shí)感應(yīng)電勢(shì)正負(fù)情況，例如：

正

負(fù)指此時(shí)

相反電勢(shì)恒定狀態(tài)，幅值為正，

相反電勢(shì)也處于恒定狀態(tài)，幅值為負(fù)。導(dǎo)通相表示電機(jī)處于當(dāng)前狀態(tài)下應(yīng)導(dǎo)通的其中兩相橋臂。橋臂導(dǎo)通表示對(duì)應(yīng)相應(yīng)導(dǎo)通上橋臂還是下橋臂。

電機(jī)的角速度生成模型如圖4所示，由圖可知電機(jī)角速度與電磁轉(zhuǎn)矩、負(fù)載轉(zhuǎn)矩、電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量相關(guān)。

其中

、

、

的值表示每相霍爾測(cè)量值。通過(guò)判斷

、

、

的真值來(lái)控制各相橋臂的導(dǎo)通與關(guān)斷，此充電策略能夠?qū)崿F(xiàn)電機(jī)每相繞組反電勢(shì)方向與該相電流流入方向同向。

2.2 放電控制策略設(shè)計(jì)

放電策略的制定要求電機(jī)的反電勢(shì)與電流方向相反，即電機(jī)釋放功率。實(shí)驗(yàn)中根據(jù)電機(jī)旋轉(zhuǎn)情況，制定的晶閘管導(dǎo)通策略見(jiàn)表2，放電策略與充電策略處于相反狀態(tài)。

同理分析可知，放電狀態(tài)下每種霍爾值對(duì)應(yīng)另外一種橋臂導(dǎo)通情況，由制定的放電策略可寫(xiě)出每相橋臂導(dǎo)通關(guān)斷邏輯表達(dá)式：

式中,m表示幀號(hào),n表示離散時(shí)間點(diǎn),xm(n)表示第m幀純凈語(yǔ)音信號(hào),nm(n)表示第m幀加性噪聲信號(hào),xm(n)和nm(n)都是短時(shí)平穩(wěn)信號(hào),且兩者互不相關(guān)。對(duì)式(1)進(jìn)行離散傅里葉變換,可得到

此放電策略能夠?qū)崿F(xiàn)電機(jī)每相繞組反電勢(shì)方向與該相電流流入方向反向。

3 飛輪儲(chǔ)能功率雙向流動(dòng)過(guò)程仿真驗(yàn)證

霍爾信號(hào)生成模塊輸入量為電機(jī)角速度，輸出量為三相霍爾值，每相霍爾值狀態(tài)在0、1 之間切換。從圖3可以看出，每相霍爾值半個(gè)周期內(nèi)切換一次，電機(jī)根據(jù)輸出霍爾值實(shí)現(xiàn)逆變器換相導(dǎo)通。

實(shí)驗(yàn)設(shè)定的電機(jī)參數(shù)如下：定子繞組每相電阻值1.38 Ω，電感1×10

H，

值71.7，負(fù)載扭矩0.2 N·m，電機(jī)輸入電壓350 V，控制器設(shè)計(jì)電機(jī)額定轉(zhuǎn)速15000 r/min。通過(guò)轉(zhuǎn)速外環(huán)，電流內(nèi)環(huán)控制電機(jī)轉(zhuǎn)速。

在MATLAB/Simulink環(huán)境下，通過(guò)對(duì)BLDC電機(jī)數(shù)學(xué)模型進(jìn)行分析，搭建BLDC電機(jī)模型與相應(yīng)控制系統(tǒng)，該控制系統(tǒng)采用轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)控制方案，通過(guò)PI控制方式產(chǎn)生PWM波調(diào)節(jié)逆變器晶閘管導(dǎo)通占空比實(shí)現(xiàn)調(diào)速。在建模之前作以下假定：①換相過(guò)程和電樞反應(yīng)對(duì)電機(jī)性能影響忽略不計(jì)；②磁滯和渦流損耗影響忽略，磁路處于不飽和狀態(tài)；③三相繞組、定子電流、轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)分布完全對(duì)稱，氣隙磁場(chǎng)為方波；④外加直流電源輸出理想直流波形

。

3.1 充電控制策略驗(yàn)證

在充電控制策略下，電機(jī)運(yùn)行過(guò)程中霍爾值依次輸出為100、110、010、011、001、101共6種狀態(tài)，對(duì)應(yīng)橋臂導(dǎo)通相為AC、BC、BA、CA、CB、AB，此時(shí)電機(jī)電源側(cè)發(fā)出功率，電機(jī)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，電機(jī)吸收功率，電機(jī)將電能轉(zhuǎn)換為飛輪動(dòng)能。

3.1.1 電機(jī)充電狀態(tài)轉(zhuǎn)速輸出

電機(jī)充電過(guò)程中轉(zhuǎn)速變化如圖7所示，電機(jī)轉(zhuǎn)速?gòu)牧銜r(shí)刻靜止開(kāi)始啟動(dòng)并加速，當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)速上升到額定轉(zhuǎn)速15000 r/min 時(shí)，電機(jī)進(jìn)入維持狀態(tài)保持當(dāng)前轉(zhuǎn)速，由轉(zhuǎn)子帶動(dòng)的飛輪轉(zhuǎn)速維持恒定，飛輪充能結(jié)束，進(jìn)入低功率維持模式。

3.1.2 電機(jī)充電狀態(tài)反電勢(shì)與電流方向

剛上小學(xué)一年級(jí)就被布置如此大體量、高難度的假期作業(yè)，顯然是當(dāng)前我國(guó)中小學(xué)?！邦}海戰(zhàn)術(shù)”“疲勞戰(zhàn)術(shù)”教育模式的縮影。聯(lián)想到此前有男家長(zhǎng)見(jiàn)孩子深夜12點(diǎn)都做不完家庭作業(yè)，發(fā)微信質(zhì)問(wèn)老師“睡了嗎”，而被老師踢出群的事件，只讓我們對(duì)教育感到一種悲哀，并生出一種對(duì)孩子牽腸割肚的疼痛。

電機(jī)在充電狀態(tài)下反電勢(shì)與電流關(guān)系如圖8所示，從圖中可以看出反電勢(shì)與電流處于同向狀態(tài)，電機(jī)電磁功率為正，說(shuō)明電機(jī)吸收功率，電機(jī)將電能轉(zhuǎn)化為飛輪轉(zhuǎn)子的動(dòng)能，飛輪實(shí)現(xiàn)充電的功能。

3.2 放電控制策略驗(yàn)證

充電策略制定晶閘管導(dǎo)通方式見(jiàn)表1。

3.2.1 電機(jī)放電狀態(tài)轉(zhuǎn)速輸出

設(shè)置電機(jī)在1 s 時(shí)進(jìn)入放電狀態(tài)，電機(jī)放電狀態(tài)下轉(zhuǎn)速輸出如圖9所示，從圖中可以看出電機(jī)在進(jìn)入放電模式下轉(zhuǎn)速逐漸降低，表明此時(shí)飛輪轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速也逐漸降低。

3.2.2 電機(jī)放電狀態(tài)反電勢(shì)與電流方向

電機(jī)在放電狀態(tài)下反電勢(shì)與電流輸出關(guān)系如圖10所示，從圖10可以看出電機(jī)反電勢(shì)與電流方向相反，電磁功率為負(fù)，說(shuō)明電機(jī)發(fā)出功率，飛輪轉(zhuǎn)子的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為電能。

華為公司的名字來(lái)自于“心系中華，有所作為”。雖然是任正非先生隨便選取的名字，但是正是名字來(lái)源于這句話，給華為塑造了一個(gè)愛(ài)國(guó)的形象，吸引了越來(lái)越多的消費(fèi)群體。品牌命名若是加入情感，也會(huì)帶來(lái)意想不到的結(jié)果。1993年7月建立的潤(rùn)之酒家取名就充滿命名的藝術(shù)性，采用我們開(kāi)國(guó)領(lǐng)袖毛澤東的字，使得這家店一開(kāi)張就得到意想不到的關(guān)注。單看酒店名字便會(huì)讓人覺(jué)得這個(gè)品牌充滿感情，也會(huì)在潛意識(shí)里認(rèn)為這個(gè)酒店用這個(gè)名字命名，定是個(gè)值得信任的酒店。潤(rùn)之酒店的命名體現(xiàn)了民族名義。就像消費(fèi)者會(huì)對(duì)華為公司，娃哈哈有一定信任的原因，在遇到選擇時(shí)會(huì)偏向于這些更富有情感的品牌。這說(shuō)明企業(yè)品牌的命名應(yīng)該考慮情感因素。

3.2.3 電機(jī)放電狀態(tài)扭矩輸出

電機(jī)放電狀態(tài)扭矩輸出如圖11 所示，圖像截取是1 s前后電機(jī)扭矩輸出波形，由圖像可知，1 s之前電機(jī)處于維持狀態(tài)時(shí)電機(jī)轉(zhuǎn)速保持不變，扭矩在正負(fù)之間來(lái)回切換，1 s之后電機(jī)處于放電狀態(tài)，電機(jī)扭矩恒為負(fù)值，也可驗(yàn)證電機(jī)放電狀態(tài)輸出功率，電機(jī)轉(zhuǎn)速降低，轉(zhuǎn)子動(dòng)能轉(zhuǎn)化為電能，飛輪實(shí)現(xiàn)放電的功能。

通過(guò)以上分析可知，電機(jī)處于充電狀態(tài)時(shí)，單相繞組反電勢(shì)與電流同向，電機(jī)進(jìn)入電動(dòng)機(jī)模式，轉(zhuǎn)速增加，實(shí)現(xiàn)電能到飛輪動(dòng)能的轉(zhuǎn)換。電機(jī)處于放電狀態(tài)時(shí)，單相繞組反電勢(shì)與電流反向，電機(jī)進(jìn)入發(fā)電機(jī)模式，飛輪轉(zhuǎn)速降低，實(shí)現(xiàn)飛輪動(dòng)能到電能的轉(zhuǎn)換。同時(shí)，電機(jī)電流在兩種模式運(yùn)行情況下均可控制并且電機(jī)輸入電流方向不變，證明制訂的電機(jī)充放電策略有效，應(yīng)用于飛輪儲(chǔ)能能夠?qū)崿F(xiàn)功率雙向流動(dòng)過(guò)程。

4 結(jié) 論

本文提出應(yīng)用于飛輪儲(chǔ)能的BLDC電機(jī)功率雙向流動(dòng)策略的設(shè)計(jì)，結(jié)合仿真實(shí)驗(yàn)得到如下結(jié)論。

在使用BIM技術(shù)對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行模擬時(shí)，分別對(duì)施工材料的運(yùn)輸路線以及存放位置進(jìn)行了合理的規(guī)劃，并針對(duì)施工方案進(jìn)行了全面的指導(dǎo)，施工現(xiàn)場(chǎng)布置如圖1所示。

（1）實(shí)驗(yàn)搭建的BLDC電機(jī)模型能夠正確地模擬電機(jī)運(yùn)行特性。電機(jī)模型能夠通過(guò)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過(guò)的相位進(jìn)行霍爾信號(hào)生成，并根據(jù)生成的霍爾信號(hào)值進(jìn)行正確換相，驅(qū)動(dòng)電機(jī)運(yùn)行。電機(jī)在充電狀態(tài)實(shí)現(xiàn)加速過(guò)程，放電狀態(tài)實(shí)現(xiàn)減速過(guò)程。

牟澤雄：針對(duì)當(dāng)前大家批評(píng)最多的當(dāng)前書(shū)法創(chuàng)作中文化缺失的問(wèn)題，這當(dāng)然不僅僅是對(duì)書(shū)法傳統(tǒng)風(fēng)格、技法的繼承問(wèn)題，還應(yīng)該是書(shū)法內(nèi)在精神理解、把握的問(wèn)題，還有另外一些顯在的又往往被忽視的問(wèn)題。比如說(shuō)書(shū)法作品內(nèi)容以抄錄古代詩(shī)文為主，繁簡(jiǎn)字、古今字混用，錯(cuò)字問(wèn)題也比較突出，以及草書(shū)作品書(shū)寫(xiě)不規(guī)范等狀況。你認(rèn)為一個(gè)成長(zhǎng)中的書(shū)家，應(yīng)該如何加強(qiáng)自身的文化素養(yǎng)。你是怎么做的？

（2）實(shí)驗(yàn)提出的功率雙向流動(dòng)策略，不需添加額外電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，通過(guò)改變晶閘管導(dǎo)通順序?qū)崿F(xiàn)充放電狀態(tài)切換。在充電狀態(tài)下，電能轉(zhuǎn)換為飛輪動(dòng)能，在放電狀態(tài)下，飛輪動(dòng)能轉(zhuǎn)換為電能，實(shí)現(xiàn)功率雙向流動(dòng)，同時(shí)在運(yùn)行過(guò)程中相關(guān)電氣參數(shù)均處于可控狀態(tài)。此控制策略為后續(xù)飛輪機(jī)電一體化產(chǎn)品的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)提供了理論基礎(chǔ)。

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