飞轮存储装置的工作是由电力电子转换装置进行控制与驱动的，下面介绍主要的三种电力电子转换装置的转换电路。

图1是一个基本的飞轮储能电路，可以将直流母线上的直流电向飞轮充能，又可以将飞轮存储的能量转换成直流电输给直流母线。

飞轮的充能电路（浅红色区域），就是一个PWM三相变频器，将输入的直流电源Ud转换为频率可调的三相交流电，用来驱动永磁同步电机旋转。本文采用三相桥式 PWM 逆变器作为飞轮储能电池充能模式下的电力电子转换装置，6个功率半导体开关器件T1至T6与6个二极管D1至D6组成三相桥式逆变电路。通过调整PWM 逆变器的频率调整飞轮的转速，使飞轮达到额定转速，实现充能。有关PWM 逆变器工作原理参见SPWM逆变电路原理课件。

在放能时，原来的PWM三相变频器（浅红色区域）转变成PWM三相整流器。
放能时飞轮电机转变为发电机，飞轮发电机输出的三相交流电并不是由二极管D1至D6组成全波整流直接输出到直流母线，这样输出的电压低，也不可调整。采用三相PWM整流器可升压后输送到直流母线。PWM整流是由发电机输出电压，发电机线圈电感，6个功率半导体开关器件T1至T6，6个二极管D1至D6共同完成，三相PWM整流电路工作原理这里不介绍了，有兴趣可到网上查看。

地铁列车由直流接触网提供直流电能。在地铁储能中采用这种形式的储能电路，在列车制动时把制动产生的电能送到直流接触网，引起电网电压升高，此时启动飞轮充能工作。待列车启动时消耗较大电能，引起接触网电压下降，此时启动飞轮放能工作，将飞轮动能转换成电能回送给接触网。地铁储能参见飞轮储能的原理与应用课件。

图2中下半部是飞轮的充能电路（浅红色区域），普通的变频器，将输入的直流电源Ud转换为频率可调的三相交流电，用来驱动永磁同步电机旋转。通过调整PWM 逆变器的频率调整飞轮的转速，使飞轮达到额定转速，实现充能。

图2中上半部是飞轮的放能电路（浅蓝色区域），飞轮旋转发出的电是三相交流电，采用三相全桥整流电路整流成直流，电路由6个整流二极管（D7至D12）组成。由于整流出来的直流电不平滑，根据需要还要进行滤波与调压，C3是滤波电容器。滤波后得到基本平滑的直流电压，再经过Buck变换器调整为需要的直流电压输出给负载，Buck变换器由功率半导体开关器件V、电感L、电容C2、二极管D13、D14组成，有关Buck变换器工作原理参见DC-DC变换器原理课件。Buck电路为降压电路，可更换为Boost电路则为升压电路。

充能与放能工作模式由双向开关控制，在平时电源给飞轮充能（开关投向下方），需要放能时开关投向上方。高速切换的开关应由多个双向晶闸管组成。

图3是一个三相电源输入给飞轮充能，飞轮向三相负载放能的电路图。

由电网来的三相交流电源经过三相全波整流为直流电，整流电路由D20至D25二极管组成（浅红色区域）。整流得到的直流电再经过Buck变换器调整为所需电压，Buck变换器由C2、V1、L、C1、D13、D14组成（浅蓝色区域）。Buck输出直流电通过三相桥式 PWM 逆变器生成三相交流电驱动飞轮电机。 PWM 逆变器由功率半导体开关器件T1至T6与二极管D1至D6组成（黄色区域）。

充能时期放能区域（粉红与绿色区域）的半导体开关器件全部关闭。

飞轮放能时，开关器件V1、T1至T6关闭。飞轮电机变为发电状态，输出三相交流电经D1至D6组成的三相全波整流器转换为直流电，经过Boost升压电路滤波并调整为所需电压，再经过三相桥式PWM逆变器生成负载所需的三相交流电。Boost升压电路由C1、L、V2、C3、D15、D16组成，PWM 逆变器由功率半导体开关器件T7至T12与二极管D7至D12组成（绿色区域）。

图4为三相背靠背式功率双向流动电能变换器的主回路电路图。

这种电路主要由电网侧PWM变流器（蓝色区域）、电机侧PWM变流器（绿色区域）、LCL 滤波器（粉红色区域）、直流母线（黄色区域）组成，称为背靠背式功率双向流动电能变换器。以最简单的方式实现飞轮电机与电网的连接，平时由电网启动飞轮存储能量，待电网需要时将飞轮存储的能量输向电网，是一种经典适用的电路。

LCL 滤波器与电网侧PWM变流器组成三相PWM整流器，由电网来的三相交流电经过三相PWM整流器升压后输送到直流母线（黄色区域），母线上有电容C1，直流电在电容上存储与滤波，电压为Uc。直流电Uc通过电机侧PWM变流器变换成三相交流电驱动飞轮电机旋转储能。

放能时飞轮电机转变为发电机，飞轮电机与电机侧PWM变流器组成三相PWM整流器，发电机输出的三相交流电经过三相PWM整流器升压后输送到直流母线。直流电Uc经电机侧PWM变流器变换成三相交流电，经LCL滤波器滤波后输送给电网。

三相背靠背式双向流动变换器的控制较复杂，控制精度要高、可靠。有关原理这里不做介绍了，有兴趣可到网上查看。

以上介绍的电路仅储能变流器主回路图，实际电路要复杂得多，每个功率半导体器件可能由多个器件并串组成，每个开关器件都需要带隔离的驱动部件；在电路上分布着多个电压、电流传感器，还有温度传感器、速度传感器等。控制器是高可靠，功能强大的计算机。由于大功率半导体器件工作时需要散热，要配备冷却装置。