磁悬浮飞轮储能系统是一种在电磁轴承支承下进行惯性储能和释放能量的机械装置,凭借能耗低、污染小、使用周期长以及维护方便的优点,使它在储能方面有很大的应用前景。由于高转速的磁悬浮飞轮储能系统运行转速往往在一阶临界转速之上,且转子系统与轴承之间的气隙很小,其振动量不能超过气隙值。因此本文以立式磁悬浮飞轮储能系统为研究对象,对转子系统的临界转速及不平衡响应进行分析。首先建立转子系统的动力学模型。分析整个磁悬浮飞轮转子系统的结构布局;根据电磁轴承的支承特性,推导了电磁轴承电磁力的计算公式以及等效刚度和等效阻尼的具体表达式,得到等效刚度和等效阻尼范围;推导了磁悬浮转子系统的运动微分方程,为后续分析奠定了基础。其次计算分析转子系统的临界转速。通过转子频率方程、传递矩阵法和有限元法分别计算了转子系统的前两阶临界转速,三者的计算结果吻合度较好,说明临界转速计算结果的准确性,并分析过盈量对临界转速的影响。然后对转子系统的不平衡响应进行了分析。首先说明了产生偏心的原因以及不平衡响应的振动机理;其次分析了转子系统的稳态和瞬态不平衡响应。对于稳态不平衡响应,分析恒速下转子系统的稳态响应,并且分析了等效刚度对稳态响应的影响;对于升降速过程中的瞬态不平衡响应,分析角加速度、等效刚度、等效阻尼以及偏心距对转子系统瞬态响应的影响并做升速和降速过程中瞬态响应的对比分析。最后对600Wh飞轮储能系统进行升降速试验。对电涡流传感器进行标定实验,得到电涡流传感器的工作区间和灵敏度;对系统进行静态悬浮调试,找到系统的静态稳定位置;对系统进行升降速试验,利用数据采集系统得到整个过程中的数据,并进行数据处理,得到系统在临界转速时刻以及稳定运行时刻的时域图、频域图以及轴心轨迹图。从频域图中可以得到转子系统受到不平衡激励影响较大,从时域图中可以得到转子系统在临界转速时振动幅度较大,从轴心轨迹图可以看出上轴心轨迹为月牙形,转子系统存在对中不良的问题。