具有阻尼功能的驅動電路及飛輪能量儲存系統的制作方法
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種驅動電路，特別是涉及一種用以驅動飛輪能量儲存裝置的具有阻尼功能的驅動電路，以及具有該驅動電路的具有阻尼功能的飛輪能量儲存系統。
【背景技術】
[0002]參見圖1，現有飛輪儲能系統(Flywheel Energy Storage,簡稱FES)主要包括一飛輪儲能裝置100及一驅動電路200。飛輪儲能裝置100主要包括一電機1 (既是電動機也是發電機)及一飛輪2，其中電機1的定子(圖未示)上繞設有如圖2所示的三相線圈R、
S、T，該三相線圈R、S、T彼此相連接而形成具有三個接點U、V、W的Y型繞線。且如圖3所示驅動電路200接受一直流電源Vdc供電，并用以驅動電機1運轉，其具有三個與直流電源Vdc并聯的橋臂21、22、23，所述橋臂21、22、23與三相線圈R、S、T的接點U、V、W對應電耦接，以控制直流電源Vdc適時對三相線圈R、S、T激磁，而驅動電機1以電動機型式運轉，使帶動飛輪2加速旋轉并儲能(電能轉機械能)。而當直流電源Vdc停止供電時，飛輪2將減速并帶動電機1以發電機型式運轉，使產生電力輸出(機械能轉電能)。
[0003]此外，當驅動電路200驅動電機1運轉(電動機型式)，而控制三相線圈R、S、T其中兩相輪流與直流電源Vdc導接，例如圖2所示，線圈R、S與直流電源Vdc導接而被激磁，使驅動電機1的轉子(圖未示)帶動飛輪2旋轉，然后，驅動電路200令直流電源Vdc與線圈R、S不導接，并接著換線圈S、T與直流電源Vdc導接，以對線圈S、T激磁，此時，如圖4所示，線圈R、S將因瞬間不導接而產生反電動勢el、e2。因此，為使反電動勢el、e2不直接沖擊直流電源Vdc，驅動電路200中通常會設置一與直流電源Vdc并聯的緩沖電容(阻尼電容)Cd，使反電動勢el、e2能經由驅動電路200中上開關U+、V+、W+、下開關U_、V_、W_的飛輪二極管D暫存在緩沖電容Cd中。
[0004]但是反電動勢el、e2經由驅動電路200對緩沖電容Cd充電，不但會造成驅動電路200升溫，且由于反電動勢e 1、e2的電壓通常比直流電源Vdc的電壓高，會阻擋直流電源Vdc進入驅動電路200，將使驅動電路200因直流電源Vdc與反電動勢el、e2相沖突而升溫。因此，為避免驅動電路200因溫度過高而損壞，現有飛輪儲能系統通常還需設置一冷卻系統(圖未示)對驅動電路200進行散熱。
【實用新型內容】
[0005]本實用新型的目的在于提供一種用以驅動飛輪能量儲存裝置且兼具省電及高效能的具有阻尼功能的驅動電路以及具有該驅動電路之具有阻尼功能的飛輪能量儲存系統。
[0006]本實用新型具有阻尼功能的驅動電路，接受一直流電源供電，以驅動飛輪能量儲存裝置，該飛輪能量儲存裝置包括一作為電動機與發電機的電機及一被該電機帶動的飛輪，其中該電機具有一定子，該定子設置有三相線圈，該三相線圈彼此相連接形成具有一個中性點及三個接點的Y型繞線；該驅動電路包括:三個與該直流電源并聯的橋臂，每一橋臂具有串接于一第一接點的一上開關及一下開關，以及兩個分別與該上開關及該下開關對應且反向并聯的飛輪二極管，該上開關的一端與該直流電源的一正端電耦接，該下開關的一端與該直流電源的一負端電耦接，且每一相線圈的該接點與每一橋臂的該第一接點對應電耦接；三個與該直流電源并聯的飛輪二極管組，每一飛輪二極管組具有串接于一第二接點的一第一飛輪二極管及一第二飛輪二極管，且每一相線圈的該接點與每一飛輪二極管組的該第二接點對應電耦接；兩個第一直流支撐電容，與該直流電源并聯；及兩個第二直流支撐電容，其一端串接于一第三接點，另一端分別與該直流電源的兩端對應電耦接，且該第三接點與該三相線圈的該中性點電耦接。
[0007]在一實施例中，所述第一直流支撐電容是一有極性電容，所述第二直流支撐電容是一無極性高頻電容，且兩者共同構成一阻尼電容。
[0008]在一實施例中，該驅動電路還包括一與該直流電源并聯且能被重復充放電的阻尼電池，且所述第二直流支撐電容會對該阻尼電池放電，而將電能儲存于該阻尼電池。
[0009]在一實施例中，該阻尼電池是一電容電池或酸堿共振電池。
[0010]此外，本實用新型一種具有阻尼功能的飛輪能量儲存系統包括上述的該飛輪能量儲存裝置及該驅動電路。
[0011]本實用新型的有益效果在于:借由驅動電路的第一直流支撐電容對直流電壓進行穩壓，使電機不致遭受直流電壓太大的電壓波動影響，且借由所述飛輪二極管組與第二直流支撐電容的設計，讓三相線圈產生的反電動勢不會直接影響直流電源，且不會經由驅動電路的橋臂放電，不會與輸入橋臂的直流電源產生沖突，故不會造成橋臂發熱而升溫。而三相線圈產生的反電動勢經由第二直流支撐電容轉換成直流電能后，能優先提供電力給被驅動的電機，而增加直流電源的續航力，并使驅動電路達到兼具節能省電及高效能的功效與目的。
【附圖說明】
[0012]圖1是現有飛輪能量儲存系統的電路方塊不意圖。
[0013]圖2是現有飛輪能量儲存系統的電機使用的三相線圈繞線示意圖。
[0014]圖3是現有飛輪能量儲存系統的驅動電路圖。
[0015]圖4是二相線圈其中兩相線圈上廣生反電動勢不意圖。
[0016]圖5是本實用新型具有阻尼功能的飛輪能量儲存系統的一實施例中的驅動電路圖。
[0017]圖6是本實施例中電機的二相線圈其中兩相線圈被激磁不意圖。
[0018]圖7說明本實施例中電機的兩個線圈R、S上產生的反電動勢的放電路徑。
[0019]圖8說明本實施例中電機的兩個線圈R、S上產生的反電動勢的放電路徑及其等效電路圖。
【具體實施方式】
[0020]下面結合附圖及實施例對本實用新型進行詳細說明。
[0021]本實用新型具有阻尼功能的飛輪能量儲存系統的一實施例主要包括如圖1所示的一飛輪能量儲存裝置(Flywheel Energy Storage,簡稱FES) 100，以及一用以驅動飛輪能量儲存裝置100的驅動電路300，如圖5所示。且如圖1所示，飛輪能量儲存裝置100主要包括一既是電動機也是發電機的電機1以及一被電機(電動機)1帶動的飛輪2，且電機1的結構類似馬達，其具有一定子及一轉子(圖未示)，且該定子上設置有如圖6所示的三相線圈R、S、T，該三相線圈R、S、T彼此相連接而形成具有一個中性點Np及三個接點U、V、W的Y型繞線。
[0022]再如圖5所示，驅動電路300包括三個與直流電源Vdc并聯的橋臂21、22、23，三個與該直流電源Vdc并聯的飛輪二極管組24、25、26，兩個與直流電源Vdc并聯的第一直流支撐電容C1，以及兩個第二直流支撐電容C2、C3。其中每一橋臂21、22、23具有串接于一第一接點211、221、231的一上開關U+、V+、W+及一下開關U_、V-、W-，以及兩個分別與該上開關U+、V+、W+及該下開關U-、V-、W-對應且反向并聯的飛輪二極管D，且所述上開關U+、V+、W+的一端與直流電源Vdc的一正端電親接，所述下開關U-、V-、W-的一端與直流電源Vdc的一負端電耦接，而每一相線圈R、S、T的接點U、V、W與每一橋臂21、22、23的第一接點211、221、231對應電耦接。
[0023]每一飛輪二極管組24、25、26具有串接于一第二接點241、251、261的一第一飛輪二極管D1及一第二飛輪二極管D2，且每一相線圈R、S、T的接點U、V、W與每一飛輪二極管組24、25、26的第二接點241、251、261對應電耦接。
[0024]該兩個第二直流支撐電容C2、C3的一端串接于一第三接點27，另一端分別與直流電源Vdc的兩端對應電耦接，且該第三接點27與三相線圈R、S、T的該中性點Np電耦接。而且第一及第二直流支撐電容Cl、C2、C3皆為薄膜電容，且第二直流支撐電容C2、C3的電容值相同，而第一直流支撐電容C1與第二直流支撐電容C2、C3的電容值可以相同或不同。且值得一提的是，在本實施例中，該第一直流支撐電容C1是作為一有極性電容(不過其本身無極性限制)，且第二直流支撐電容C2、C3是一無極性高頻(或中頻)電容，而且第一直流支撐電容C1與第二直流支撐電容C2、C3共同構成一阻尼電容，而有關阻尼電容的特性及細節可參見中國臺灣第M477033號「在系統電路中用于阻尼功能的電容器」