基于飞轮储能的飞机制动能量回收系统

摘要

一种基于飞轮储能的飞机制动能量回收系统,由一个安装在飞机前轮的特种电机，一个电机功率变换器，一套飞轮储能系统以及一个制动能量回收系统控制器组成。制动能量回收系统控制器控制电机功率变换器和飞轮储能系统。通过回收飞机在跑道上起飞和降落时产生的制动能量，用于飞机在跑道与航站楼之间的低速滑行。该发明可以显著减少飞机在滑行期间使用航空发动机以及地面拖车的时间，降低燃油消耗，减少噪音污染与温室气体的排放，同时缓解登机口和停机坪的拥堵现象，提升起飞准点率。

主权项

一种基于飞轮储能的飞机制动能量回收系统，所述的飞机制动能量回收系统由一个安装在飞机前轮的特种电机(9)，一个电机功率变换器(2)，一套飞轮储能系统(1)以及一个制动能量回收系统控制器(17)组成；所述的电机功率变换器(2)由一个双向变流器(10)，直流母线(16)以及整流器(11)组成；其中，双向变流器(10)含有直流侧和交流侧引出端，所述的交流侧引出端与特种电机(9)连接，直流侧第一引出端(101)与直流母线(16)的正母线(16a)连接，直流侧第二引出端(102)与直流母线(16)的负母线(16b)连接；整流器(11)含有直流侧和交流侧引出端，其中，交流侧引出端与飞机辅助动力装置(4)连接，直流侧第一引出端(111)与直流母线(16)的正母线(16a)连接，直流侧第二引出端(112)与直流母线(16)的负母线(16b)连接；飞轮储能系统(1)由双向功率变换电路(12)、永磁同步电机(13)、支撑轴承(14)以及飞轮转子(15)组成；双向功率变换电路(12)包含直流侧和交流侧引出端，其中直流侧第一引出端(121)与电机功率变换器(2)内部的直流母线(16)的正母线(16a)连接，直流侧第二引出端(122)与电机功率变换器(2)内部的直流母线(16)的负母线(16b)连接；双向功率变换电路(12)的交流侧第一引出端(123)、第二引出端(124)和第三引出端(125)分别与永磁同步电机(13)的A相、B相和C相线连接，其特征在于，所述制动能量回收系统控制器(17)直接控制飞轮储能系统(1)中的双向功率变换电路(12)，以及电机功率变换器(2)中的双向变流器(10)和整流器(11),制动能量回收系统控制器(17)采用如下控制步骤：步骤24，第一在飞机运行阶段(18)，制动能量回收系统控制器(17)控制电机功率变换器(2)中的整流器(11)与双向变流器(10)，利用飞机辅助动力装置(4)提供的能量驱动特种电机(9)前进；步骤25，在第二飞机运行阶段(19)，制动能量回收系统控制器(17)控制电机功率变换器(2)中的双向变流器(10)与飞轮储能系统(1)中的双向功率变换电路(12)，使特种电机(9)工作于发电机状态，飞轮储能系统(1)则工作于充电模式；其中，双向变流器(10)工作于整流器状态，将特种电机(9)发出的交流电整流成直流，向直流母线(16)提供能量；双向功率变换电路(12)工作于逆变器状态，将直流母线(16)的能量逆变成交流电，向飞轮储能系统(1)充电；飞机起飞后，飞轮储能系统(1)进入待机模式；步骤26，在第三飞机运行阶段(20)，制动能量回收系统控制器(17)控制电机功率变换器(2)中的双向变流器(10)与飞轮储能系统(1)中的双向功率变换电路(12)，使特种电机(9)工作于电动机状态，飞轮储能系统(1)则工作于放电模式；其中，双向功率变换电路(12)工作于整流状态，将飞轮储能系统(1)储存的电能释放，向直流母线(16)提供能量，双向变流器(10)工作于逆变器状态，将直流母线(16)上的能量逆变成交流电，驱动特种电机(9)加速；步骤27，在第四飞机运行阶段(21)，飞机降落，制动能量回收系统控制器(17)控制电机功率变换器(2)中的双向变流器(10)与飞轮储能系统(1)中的双向功率变换电路(12)，使特种电机(9)工作于发电机状态，飞轮储能系统(1)则工作于充电模式；其中，双向变流器(10)工作于整流状态，生成制动转矩使特种电机(9)减速，将其发出的交流电整流成直流，向直流母线(16)提供能量；双向功率变换电路(12)工作于逆变器状态，将直流母线(16)上的能量逆变成交流电，驱动永磁同步电机(13)；步骤28，在第五飞机运行阶段(22)，制动能量回收系统控制器(17)控制电机功率变换器(2)中的双向变流器(10)与飞轮储能系统(1)中的双向功率变换电路(12)，使特种电机(9)工作于电动机状态，飞轮储能系统(1)则工作于放电模式；其中，双向功率变换电路(12)工作于整流状态，将飞轮储能系统(1)储存的能量释放，向直流母线(16)提供能量，双向变流器(10)工作于逆变器状态，将直流母线(16)上的能量逆变成交流电，驱动特种电机(9)。