飛輪存儲裝置的工作是由電力電子轉(zhuǎn)換裝置進行控制與驅(qū)動的，下面介紹主要的三種電力電子轉(zhuǎn)換裝置的轉(zhuǎn)換電路。

圖1是一個基本的飛輪儲能電路，可以將直流母線上的直流電向飛輪充能，又可以將飛輪存儲的能量轉(zhuǎn)換成直流電輸給直流母線。

飛輪的充能電路（淺紅色區(qū)域），就是一個PWM三相變頻器，將輸入的直流電源Ud轉(zhuǎn)換為頻率可調(diào)的三相交流電，用來驅(qū)動永磁同步電機旋轉(zhuǎn)。本文采用三相橋式 PWM 逆變器作為飛輪儲能電池充能模式下的電力電子轉(zhuǎn)換裝置，6個功率半導(dǎo)體開關(guān)器件T1至T6與6個二極管D1至D6組成三相橋式逆變電路。通過調(diào)整PWM 逆變器的頻率調(diào)整飛輪的轉(zhuǎn)速，使飛輪達到額定轉(zhuǎn)速，實現(xiàn)充能。有關(guān)PWM 逆變器工作原理參見SPWM逆變電路原理課件。

在放能時，原來的PWM三相變頻器（淺紅色區(qū)域）轉(zhuǎn)變成PWM三相整流器。
放能時飛輪電機轉(zhuǎn)變?yōu)榘l(fā)電機，飛輪發(fā)電機輸出的三相交流電并不是由二極管D1至D6組成全波整流直接輸出到直流母線，這樣輸出的電壓低，也不可調(diào)整。采用三相PWM整流器可升壓后輸送到直流母線。PWM整流是由發(fā)電機輸出電壓，發(fā)電機線圈電感，6個功率半導(dǎo)體開關(guān)器件T1至T6，6個二極管D1至D6共同完成，三相PWM整流電路工作原理這里不介紹了，有興趣可到網(wǎng)上查看。

地鐵列車由直流接觸網(wǎng)提供直流電能。在地鐵儲能中采用這種形式的儲能電路，在列車制動時把制動產(chǎn)生的電能送到直流接觸網(wǎng)，引起電網(wǎng)電壓升高，此時啟動飛輪充能工作。待列車啟動時消耗較大電能，引起接觸網(wǎng)電壓下降，此時啟動飛輪放能工作，將飛輪動能轉(zhuǎn)換成電能回送給接觸網(wǎng)。地鐵儲能參見飛輪儲能的原理與應(yīng)用課件。

圖2中下半部是飛輪的充能電路（淺紅色區(qū)域），普通的變頻器，將輸入的直流電源Ud轉(zhuǎn)換為頻率可調(diào)的三相交流電，用來驅(qū)動永磁同步電機旋轉(zhuǎn)。通過調(diào)整PWM 逆變器的頻率調(diào)整飛輪的轉(zhuǎn)速，使飛輪達到額定轉(zhuǎn)速，實現(xiàn)充能。

圖2中上半部是飛輪的放能電路（淺藍(lán)色區(qū)域），飛輪旋轉(zhuǎn)發(fā)出的電是三相交流電，采用三相全橋整流電路整流成直流，電路由6個整流二極管（D7至D12）組成。由于整流出來的直流電不平滑，根據(jù)需要還要進行濾波與調(diào)壓，C3是濾波電容器。濾波后得到基本平滑的直流電壓，再經(jīng)過Buck變換器調(diào)整為需要的直流電壓輸出給負(fù)載，Buck變換器由功率半導(dǎo)體開關(guān)器件V、電感L、電容C2、二極管D13、D14組成，有關(guān)Buck變換器工作原理參見DC-DC變換器原理課件。Buck電路為降壓電路，可更換為Boost電路則為升壓電路。

充能與放能工作模式由雙向開關(guān)控制，在平時電源給飛輪充能（開關(guān)投向下方），需要放能時開關(guān)投向上方。高速切換的開關(guān)應(yīng)由多個雙向晶閘管組成。

圖3是一個三相電源輸入給飛輪充能，飛輪向三相負(fù)載放能的電路圖。

由電網(wǎng)來的三相交流電源經(jīng)過三相全波整流為直流電，整流電路由D20至D25二極管組成（淺紅色區(qū)域）。整流得到的直流電再經(jīng)過Buck變換器調(diào)整為所需電壓，Buck變換器由C2、V1、L、C1、D13、D14組成（淺藍(lán)色區(qū)域）。Buck輸出直流電通過三相橋式 PWM 逆變器生成三相交流電驅(qū)動飛輪電機。?PWM 逆變器由功率半導(dǎo)體開關(guān)器件T1至T6與二極管D1至D6組成（黃色區(qū)域）。

充能時期放能區(qū)域（粉紅與綠色區(qū)域）的半導(dǎo)體開關(guān)器件全部關(guān)閉。

飛輪放能時，開關(guān)器件V1、T1至T6關(guān)閉。飛輪電機變?yōu)榘l(fā)電狀態(tài)，輸出三相交流電經(jīng)D1至D6組成的三相全波整流器轉(zhuǎn)換為直流電，經(jīng)過Boost升壓電路濾波并調(diào)整為所需電壓，再經(jīng)過三相橋式PWM逆變器生成負(fù)載所需的三相交流電。Boost升壓電路由C1、L、V2、C3、D15、D16組成，PWM 逆變器由功率半導(dǎo)體開關(guān)器件T7至T12與二極管D7至D12組成（綠色區(qū)域）。

圖4為三相背靠背式功率雙向流動電能變換器的主回路電路圖。

這種電路主要由電網(wǎng)側(cè)PWM變流器（藍(lán)色區(qū)域）、電機側(cè)PWM變流器（綠色區(qū)域）、LCL 濾波器（粉紅色區(qū)域）、直流母線（黃色區(qū)域）組成，稱為背靠背式功率雙向流動電能變換器。以最簡單的方式實現(xiàn)飛輪電機與電網(wǎng)的連接，平時由電網(wǎng)啟動飛輪存儲能量，待電網(wǎng)需要時將飛輪存儲的能量輸向電網(wǎng)，是一種經(jīng)典適用的電路。

LCL 濾波器與電網(wǎng)側(cè)PWM變流器組成三相PWM整流器，由電網(wǎng)來的三相交流電經(jīng)過三相PWM整流器升壓后輸送到直流母線（黃色區(qū)域），母線上有電容C1，直流電在電容上存儲與濾波，電壓為Uc。直流電Uc通過電機側(cè)PWM變流器變換成三相交流電驅(qū)動飛輪電機旋轉(zhuǎn)儲能。

放能時飛輪電機轉(zhuǎn)變?yōu)?strong>發(fā)電機，飛輪電機與電機側(cè)PWM變流器組成三相PWM整流器，發(fā)電機輸出的三相交流電經(jīng)過三相PWM整流器升壓后輸送到直流母線。直流電Uc經(jīng)電機側(cè)PWM變流器變換成三相交流電，經(jīng)LCL濾波器濾波后輸送給電網(wǎng)。

三相背靠背式雙向流動變換器的控制較復(fù)雜，控制精度要高、可靠。有關(guān)原理這里不做介紹了，有興趣可到網(wǎng)上查看。

以上介紹的電路僅儲能變流器主回路圖，實際電路要復(fù)雜得多，每個功率半導(dǎo)體器件可能由多個器件并串組成，每個開關(guān)器件都需要帶隔離的驅(qū)動部件；在電路上分布著多個電壓、電流傳感器，還有溫度傳感器、速度傳感器等。控制器是高可靠，功能強大的計算機。由于大功率半導(dǎo)體器件工作時需要散熱，要配備冷卻裝置。