能量释放控制器总体方案

ACESFW系统分为三个部分，飞轮本体部分包括转子和电机、升速控制器、能量释放控制器。能量释放控制器首先将三相反电动势整流，变为直流电压，然后采用直流降压斩波电路获得幅值恒定的直流电压。高速磁悬浮ACESFW系统的工作原理框图如图1所示。

图1 系统工作原理框图

如图1所示，储能飞轮系统包括电动机／发电机、飞轮转子等，能量释放控制部分包括三相二极管整流桥、低通滤波器、直流降压斩波器、PWM输出控制器等几个部分。苜先，飞轮控制系统控制储能飞轮电动机／发电机（此时做电动机使用），使电动机／发电机驱动飞轮转子升速，将输人电能转换为飞轮转子的动能。能量释放时，控制器控制飞轮转子降速，通过电机（此时做发电机使用）输出三相电压，经过三相三极管整流桥整流变为脉动的直流电，然后通过低通滤波器，滤掉经过二极管整流桥整流后产生的高频纹波，输出给直流降压斩波器，PWM输出控制器通过电压反馈信号的输人和霍尔转速信号的输人，来控制直流降压斩波器开关器件的占空比，保证最终输出稳定幅值的直流电压。在电压反馈中加入了有源功率因数校正（Active Power Factor Correction，APFC）环节，使功率因数接近1，总谐波畸变小。

储能飞轮能量释放控制系统的组成框图如图2所示，它由永磁无刷直流电机、三相二极管整流桥、低通滤波器、三角波直接电流比较控制器、PWM输出控制器、直流降压斩波器、霍尔效应转子位置传感器等环节组成。能量释放过程中，永磁无刷直流电机高速旋转时输出三相反电动势，经过三相二极管整流桥整流转变为脉动的直流电压，低通滤波器滤掉由二极管整流桥整流产生的高频纹波，输出给直流降压斩波器输出直流电压；同时，从直流降压斩波器输出端取出的电压反馈信号经过三角波直接电流比较控制器产生PWM控制信号，与霍尔效应转子位置传感器输出的转速信号一同进人PWM输出控制器，用来控制直流降压斩波器的开关器件的占空比，保证直流降压斩波器具有稳定的直流电压输出；此外，通过霍尔效应转子位置传感器检测电机转速，当低于某个固定转速时，由于输出电压过低关闭直流降压斩波器的开关管，停止电能释放。

图2 能量释放控制系统的组成框图