能量释放控制原理

　　当飞轮储能系统处于能量释放状态时，能量转换控制器要实现由储能飞轮一侧向电源侧的能量回馈，此时稀土永磁无刷直流电机工作于发电状态，使机械能转换为电能以反电动势形式向外提供，因而要求能量回馈单元与之相匹配，把反电动势变换为符合外部系统要求的电能形式。

　　储能飞轮能量释放过程中，能量通过电机以三相反电动势的形式输出，因为采用稀土永磁无刷直流电机，所以其输出电压应为方波。但从实际的反电动势输出波形中看出，其更接近正弦波电压，所以可以按正弦波处理，如图所示。

　　图 储能飞轮电机反电动势波形图

　　储能飞轮能量释放过程中，飞轮转速不断下降，电机输出的反电动势幅值和频率也随之降低。本设计就是将具有这样性质的反电动势转变为恒定的直流电，以为星上设各供电之用。当储能飞轮所用的无刷直流电机处于发电状态时，输出三相反电动势有如下特点：

　　1）反电动势是三相梯形波（实际中更接近正弦波）形式。

　　2）反电动势的频率和电压与飞轮的转速成正比，因而随飞轮转速的变化，反电动势的频率和电压也是变化的。

　　3）当无刷直流电机作电机运行时（即升速时），其电能由卫星电源系统直流母线供电，电压幅值值为母线电压，故无刷直流电机的反电动势幅值通常低于母线电压，但在特殊情况下（如动态过程中）也可能高于母线电压。

　　4）反电动势频率、电压的变化范围较大，转速变化范围从42000r／min降至12000r／min，反电动势峰－峰值从52V到15V左右，在此范围内进行能量转换。速度低于12000r／min时，因反电动势和能量转换效率已经很低，停止转换。

　　5）能量回馈单元要实现的目标，是将上述反电动势转换为向卫星系统电路供电的恒定直流电源，其电压幅值应为28V，与原卫星系统直流母线电压相同，并有足够的稳定性、可靠性和安全性。但是在真正地面实验验证时，为了考虑便于可视化，所以斩波器的输出电压幅值为12V，用4个25W的12V直流灯泡做为负载。