CN104210675A - 电容换能式反作用飞轮制动方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种电容换能式反作用飞轮制动方法，属于机电控制技术领域。解决了现有技术中反作用飞轮降速过程中高发热、能源利用不足的技术问题。该反作用飞轮制动方法包括以下步骤：在飞轮驱动控制电路的作用下，在反作用飞轮进行制动处于PWM关断时，飞轮电机产生的泵生电压存储在电解电容中，当电解电容的电压大于小卫星电源的供电电压时，小卫星电源的供电通过二极管被截止；当反作用飞轮进行制动处于PWM开通时，电解电容中存储的电能释放给飞轮电机绕组，实现飞轮的制动。该方法利用反作用飞轮自身的机械能转换为电解电容中存储的电能，然后再将电能转换为制动力，实现飞轮的制动，同时提高了小卫星能源利用率。

Description

电容换能式反作用飞轮制动方法
技术领域
本发明属于机电控制技术领域，具体涉及一种电容换能式反作用飞轮制动方法。
背景技术
在反作用飞轮工程实践中，在对反作用飞轮的调节过程中经常会遇到将反作用飞轮从高转速降低至低转速对反作用飞轮进行制动的情况。目前，常用的反作用飞轮在降速过程中的调节方法主要是采用能耗电阻将机械能转换为热能的方法对反作用飞轮进行降速。该方法会产生较大的发热，同时没有充分的利用飞轮存储的机械能，在小卫星的应用场合，能源利用率是更加优先的设计因素。所以上述技术不能实现对小卫星能源的有效使用。
发明内容
为了解决现有技术中反作用飞轮降速过程中高发热、能源利用不足的技术问题，本发明提供一种电容换能式反作用飞轮制动方法。
本发明解决技术问题所采用的技术方案如下：
电容换能式反作用飞轮制动方法，在飞轮驱动控制电路的作用下，在反作用飞轮进行制动处于PWM关断时，飞轮电机产生的泵生电压存储在电解电容中，当电解电容的电压大于小卫星电源的供电电压时，小卫星电源的供电通过二极管被截止；当反作用飞轮进行制动处于PWM开通时，存储在电解电容中的电能释放给飞轮电机绕组，实现飞轮的制动。
进一步的，当反作用飞轮进行制动处于PWM的关断时，飞轮电机绕组中存储的反电动势通过功率管向电解电容充电，形成充电电流，并流经采样电阻回到飞轮电机绕组中形成充电闭环。
进一步的，当反作用飞轮进行制动处于PWM的开通时，存储在电解电容中的电能通过功率管、飞轮电机绕组、快恢复肖特基二级管和另一功率管后，回到电解电容中形成放电电流回路。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明的方法能够利用反作用飞轮自身的机械能转换为电解电容中存储的电能，然后再将电能转换为飞轮的制动力，实现飞轮的制动，解决了现有技术中反作用飞轮制动方法高发热、能源利用不足的技术问题，同时提高了小卫星电源的利用率。
附图说明
图1是本发明电容换能式反作用飞轮制动方法原理图；
图中，1、第一快恢复肖特基二级管，2、第一电解电容，3、第二电解电容，4、第一功率管，5、第二功率管，6、第三功率管，7、第四功率管，8、第五功率管，9、第六功率管，10、第二快恢复肖特基二级管，11、第三快恢复肖特基二级管，12、第四快恢复肖特基二级管，13、第五快恢复肖特基二级管，14、第六快恢复肖特基二级管，15、第七快恢复肖特基二级管，16、第一电机绕组，17、第二电机绕组，18、第三电机绕组，19、采样电阻。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细说明。
如图1所示，本发明的电容换能式反作用飞轮制动方法，该电容换能式反作用飞轮制动方法适用的系统包括小卫星电源、飞轮电机绕组和飞轮驱动控制电路，飞轮电机绕组包括第一电机绕组16、第二电机绕组17和第三电机绕组18；飞轮驱动控制电路包括第一快恢复肖特基二级管1、第一电解电容2、第二电解电容3、第一功率管4、第二功率管5、第三功率管6、第四功率管7、第五功率管8、第六功率管9、第二恢复肖特基二级管10、第三恢复肖特基二级管11、第四恢复肖特基二级管12、第五恢复肖特基二级管13、第六恢复肖特基二级管14、第七快恢复肖特基二级管15和采样电阻19；
小卫星电源经第一快恢复肖特基二级管1向飞轮驱动控制电路提供电能，第一快恢复肖特基二级管1的正极与小卫星电源连接，负极分别与第一电解电容2的一侧、第二电解电容3的一侧、第一功率管4的漏极、第二功率管5的漏极、第三功率管6的漏极连接；第一电解电容2的另一侧、第二电解电容3的另一侧均与采样电阻19的非接地端连接；第一功率管4的源极、第二功率管5的源极、第三功率管6的源极分别与第二快恢复肖特基二级管10的正极、第三快恢复肖特基二级管11的正极、第四快恢复肖特基二级管12的正极连接；第二快恢复肖特基二级管10的负极、第三快恢复肖特基二级管11的负极、第四快恢复肖特基二级管12的负极分别与第四功率管7的漏极、第五功率管8的漏极、第六功率管9的漏极连接；第四功率管7的源极、第五功率管8的源极、第六功率管9的源极均与采样电阻19的非接地端连接；采样电阻19的另一端接地；第一电机绕组16的一侧分别与第一功率管4的源极、第五快恢复肖特基二级管13的负极连接，第二电机绕组17的一侧分别与第二功率管5的源极、第六快恢复肖特基二级管14的正极连接，第三电机绕组18的一侧分别与第三功率管6的源极、第七快恢复肖特基二级管15连接，第一电机绕组16、第二电机绕组17和第三电机绕组18三者并联；第五快恢复肖特基二级管13的正极、第六快恢复肖特基二级管14的正极、第七快恢复肖特基二级管15的正极均接地。
当卫星向飞轮发出制动指令时，飞轮在飞轮驱动控制电路的控制下进行PWM斩波工作，在PWM的一个控制周期内，分为PWM的关断和PWM开通两种状态：
在飞轮驱动控制电路的作用下，当反作用飞轮进行制动处于PWM关断时，飞轮电机产生的泵生电压存储在电解电容中，当电解电容的电压大于小卫星电源的供电电压，小卫星电源的供电通过二极管被截止；当反作用飞轮进行制动处于PWM开通时，存储在电解电容中的电能释放给飞轮电机绕组，实现飞轮的制动。
本实施方式中，当反作用飞轮进行制动处于PWM的关断时，飞轮电机绕组中存储的反电动势通过功率管向电解电容充电，形成充电电流，并流经采样电阻回到飞轮电机绕组中形成充电闭环；当反作用飞轮进行制动处于PWM的开通时，存储在电解电容中的电能通过功率管、飞轮电机绕组、快恢复肖特基二级管和另一功率管后，回到电解电容中形成放电电流回路；
以第一电机绕组(U相)16为例，当反作用飞轮进行制动处于PWM关断时，第一电机绕组16中存储的反电动势通过第一功率管4向第一电解电容2和第二电解电容3充电，形成第一电解电容2和第二电解电容3中的充电电流，该充电电流通过第一电解电容2和第二电解电容3后，流经采样电阻19、第六快恢复肖特基二级管14、第二电机绕组(V相)17回到第一电机绕组16，形成充电闭环；此时电流能够从第一电解电容2和第二电解电容3的上侧向下流动，仅利用单电源放大器即可以对电流进行采样，第一电解电容2和第二电解电容3在充电电压的作用下电压升高，当第一电解电容2和第二电解电容3的电压大于小卫星电源的供电电压，在第一快肖特基二级管1的作用下，小卫星电源的供电被截止，从而节省了小卫星电源的蓄电池的电能；当反作用飞轮进行制动处于PWM开通时，存储在第一电解电容2和第二电解电容3中的电能通过第二功率管5、第二电机绕组17、第一电机绕组16、第二快恢复肖特基二级管10、第四功率管7回到第一电解电容2和第二电解电容3，形成放电电流回路，从而实现放电。
显然，以上实施方式的说明只是用于帮助理解本发明的核心思想。应当指出，对于所述技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (3)

1.电容换能式反作用飞轮制动方法，其特征在于，在飞轮驱动控制电路的作用下，在反作用飞轮进行制动处于PWM关断时，飞轮电机产生的泵生电压存储在电解电容中，当电解电容的电压大于小卫星电源的供电电压，小卫星电源的供电通过二极管被截止；
当反作用飞轮进行制动处于PWM开通时，存储在电解电容中的电能释放给飞轮电机绕组，实现飞轮的制动。
2.根据权利要求1所述的电容换能式反作用飞轮制动方法，其特征在于，当反作用飞轮进行制动处于PWM的关断时，飞轮电机绕组中存储的反电动势通过功率管向电解电容充电，形成充电电流，并流经采样电阻回到飞轮电机绕组中形成充电闭环。
3.根据权利要求1所述的电容换能式反作用飞轮制动方法，其特征在于，当反作用飞轮进行制动处于PWM的开通时，存储在电解电容中的电能通过功率管、飞轮电机绕组、快恢复肖特基二级管和另一功率管后，回到电解电容中形成放电电流回路。
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