永磁刷直流电机控制能量转换方法

　　本文介绍的能量释放控制系统的实质，是将电机的机械能通过AC／DC变换转换为直流可控电能，为星上设各供电。

　　能量释放控制器是储能飞轮由机械能向电能转换的桥梁，它是控制整个飞轮储能系统正常工作的组成部件，它主要的功能是控制集成电机，实现电能与机械能的相互转换。放电时，将输出的幅值和频率随电机转速不断变化的三相交流电经过整流电路转变为直流电，然后经过斩波电路转变成幅值恒定的直流电。该能量释放系统具有调频（控制飞轮的放电深度）、整流、恒压的功能。

　　电力电子转换器主要采用的电力电子元件是MOSFET、IGBT，通过电源逆变和脉宽调制技术（PWM）来对储能飞轮进行充放电。美国RPM公司的电力电子控制器采用正弦电流脉宽调制技术，通过反馈直流电压、飞轮转速、飞轮振动来防止过速、监视能量存储、释放等状态。该系统主要包括安全保护、轴承伺服电路、电机控制、LCD显示几个模块，其功率损耗只有2W。此外，马里兰大学也开发出“敏捷微处理器电力转换系统”，用于电力转换器的控制。

　　现在应用于储能飞轮能量释放系统的方法有很多，但大多数都是针对工业领域的，针对恒压、恒频的场合；而高速磁悬浮储能飞轮随着能量释放，转速不断下降，相应的三相输出电压的幅值和频率也会随之降低，而输出电压要求为稳定的直流电压，所以能应用在此领域的较少，可以应用的有PWM整流、BUCk直流斩波器、BOOST变换器、BOOST-Buck、Cuk、Sepic、Zeta等。其中，PWM整流电路复杂，对于空间应用来说可靠性较低，不适合中小功率系统，而且星上设各多为直流供电不需逆变环节［33］；传统的BUCk直流斩波器虽然结构简单、功耗低、易于控制、性能稳定，但存在输出电压高频纹波分量大，功率因数不可控等缺点，可以通过PFC（Power Factor Correction，功率因数校正）来解决这个问题；而BOOST变换器为升压斩波器，谐波含量高，功率因数低，且由电机输出的三相电压经过二极管整流以后电压值已经升至原来的2.34～2.45倍（分别为有负载和无负载时）左右，所以对于星上设各所使用的电压不高的情况，此种方法明显不适合；升降压变换器Boost－Buck和Cuk是负极性输出；升降压变换器Sepia和Zeta是正极性输出，但这两个变换器结构复杂，都需要两个储能电感，这必然导致系统的损耗增加，效率变低，且体积和重量大。