無線傳能系統(tǒng)及其諧波消除與功率調(diào)節(jié)方法

無線傳能系統(tǒng)及其諧波消除與功率調(diào)節(jié)方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種無線傳能系統(tǒng)及其諧波消除與功率調(diào)節(jié)方法，無線傳能系統(tǒng)中逆變器為第一全橋逆變器(H1)與第二全橋逆變器(H2)的輸出端級(jí)聯(lián)構(gòu)成的級(jí)聯(lián)型多電平逆變器；所述的第一全橋逆變器(H1)的輸入端與直流電源一(E1)相連，第二全橋逆變器(H2)的輸入端與直流電源二(E2)；直流電源一(E1)和直流電源二(E2)相互隔離且其輸出電壓幅值相等；所述的逆變器、電流傳感器(IP)均和控制器相連的具體方式為：第一全橋逆變器(H1)的控制端、第二全橋逆變器(H2)的控制端和電流傳感器(IP)的輸出端均與控制器(KP)相連。該系統(tǒng)傳輸?shù)碾娔芄β蚀?，系統(tǒng)的復(fù)雜度低，可靠性強(qiáng)，效率高。
【專利說明】無線傳能系統(tǒng)及其諧波消除與功率調(diào)節(jié)方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及無線電能傳輸【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及無線傳能系統(tǒng)及其諧波消除與功率 調(diào)節(jié)方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 無線電能傳輸技術(shù)應(yīng)用到軌道交通列車、電動(dòng)汽車等移動(dòng)設(shè)備供電時(shí)，克服了傳 統(tǒng)的有線電能傳輸技術(shù)容易碳積、產(chǎn)生接觸火花、插接操作麻煩等缺陷。
[0003] 現(xiàn)有的無線電能傳輸系統(tǒng)的主要構(gòu)成及工作過程為：整流器將工頻交流電變成直 流，在控制器的控制下通過升降壓直-直變換器變換成所需的電壓，隨后由高頻逆變器將 直流變成高頻交流電，高頻交流電流在發(fā)送線圈中流動(dòng)產(chǎn)生高頻磁場(chǎng)；為了使發(fā)送線圈中 的高頻交變磁場(chǎng)恒定和系統(tǒng)穩(wěn)定工作，通常在發(fā)送線圈與逆變器間串接電流傳感器，電流 傳感器將檢測(cè)出的發(fā)送線圈的電流值送給發(fā)送端控制器，由控制器對(duì)升降壓直-直變換器 的輸出電壓進(jìn)行控制實(shí)現(xiàn)發(fā)送線圈的電流值的反饋控制。接收線圈感應(yīng)到發(fā)送線圈產(chǎn)生的 高頻交變磁場(chǎng)，在接收線圈中感生出高頻的交流電，接收線圈中的高頻交流電經(jīng)過整流器 整流成直流電，再逆變?yōu)樨?fù)載所需（通常為工頻）交流電，從而完成電能的無線傳輸。其存 在的問題是：1、通過升降壓直-直變換器來調(diào)節(jié)逆變器輸出電壓的基波有效值，實(shí)現(xiàn)功率 的調(diào)節(jié)；而升降壓直-直變換器結(jié)構(gòu)復(fù)雜，增加了系統(tǒng)的復(fù)雜度，降低了系統(tǒng)的可靠性和效 率。2、受開關(guān)器件容量的限制，單個(gè)高頻逆變器的功率有限，導(dǎo)致系統(tǒng)的輸出功率難以滿足 大功率電能傳輸（如對(duì)交通設(shè)備進(jìn)行電能無線傳輸）的要求。并且，高頻逆變器通常為兩 電平單相全橋逆變器，其輸出為正、負(fù)兩電平交替（而非正弦波）的交流電壓，諧波含量高， 后續(xù)的諧振電路雖能消除大部分的高次諧波，但對(duì)低次諧波無法完全消除，易使發(fā)送端線 圈電流畸變，影響系統(tǒng)的傳輸性能。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的第一目的是提供一種無線電能傳輸系統(tǒng)，該系統(tǒng)傳輸?shù)碾娔芄β蚀?，?統(tǒng)的復(fù)雜度低，可靠性強(qiáng)，效率高。
[0005] 本發(fā)明實(shí)現(xiàn)其第一發(fā)明目的所采用的技術(shù)方案是，一種無線電能傳輸系統(tǒng)，由接 收端、發(fā)送端兩部分組成；其中，接收端包括依次串接的接收端線圈、接收端補(bǔ)償電容和負(fù) 載；發(fā)送端包括依次串接的逆變器、電流傳感器、發(fā)送端補(bǔ)償電容和發(fā)送端線圈，逆變器、電 流傳感器均和控制器相連，其特征在于：
[0006] 所述的逆變器為第一全橋逆變器的輸出端與第二全橋逆變器的輸出端級(jí)聯(lián)構(gòu)成 的級(jí)聯(lián)型多電平逆變器；且第一全橋逆變器的輸入端與直流電源一相連，第二全橋逆變器 的輸入端與直流電源二相連；直流電源一和直流電源二相互隔離且其輸出電壓幅值相等；
[0007] 所述的逆變器、電流傳感器均和控制器相連的具體方式為：第一全橋逆變器的控 制端、第二全橋逆變器的控制端和電流傳感器的輸出端均與控制器相連。
[0008] 本發(fā)明的第二目的是提供一種使用上述的無線電能傳輸系統(tǒng)的諧波消除與功率 調(diào)節(jié)方法，該方法能有效消除系統(tǒng)中的三次諧波，提高系統(tǒng)傳輸?shù)碾娔苜|(zhì)量，且可靠的保證 發(fā)送端的電流值的恒定，從而實(shí)現(xiàn)不同負(fù)載下逆變器輸出功率的自動(dòng)調(diào)節(jié)。
[0009] 本發(fā)明實(shí)現(xiàn)其第二發(fā)明目的所采用的技術(shù)方案是，一種使用上述的無線電能傳輸 系統(tǒng)的諧波消除與功率調(diào)節(jié)方法，其步驟是：
[0010] A、控制器控制第一全橋逆變器及第二全橋逆變器的輸出電壓的當(dāng)前弧度值

【權(quán)利要求】
1. 一種無線電能傳輸系統(tǒng)，由接收端、發(fā)送端兩部分組成；其中，接收端包括依次串接 的接收端線圈（Ls)、接收端補(bǔ)償電容（Cs)和負(fù)載（RJ ;發(fā)送端包括依次串接的逆變器、電 流傳感器（IP)、發(fā)送端補(bǔ)償電容（Cp)和發(fā)送端線圈（Lp)，逆變器、電流傳感器（IP)均和控 制器（KP)相連，其特征在于： 所述的逆變器為第一全橋逆變器（H1)的輸出端與第二全橋逆變器（H2)的輸出端級(jí)聯(lián) 構(gòu)成的級(jí)聯(lián)型多電平逆變器；且第一全橋逆變器（H1)的輸入端與直流電源一（E1)相連，第 二全橋逆變器（H2)的輸入端與直流電源二（E2)相連；直流電源一（E1)和直流電源二（E2) 相互隔離且其輸出電壓幅值相等； 所述的逆變器、電流傳感器（IP)均和控制器相連的具體方式為：第一全橋逆變器（H1) 的控制端、第二全橋逆變器（H2)的控制端和電流傳感器（IP)的輸出端均與控制器（KP)相 連。
2. -種使用權(quán)利要求1所述的無線電能傳輸系統(tǒng)的諧波消除與功率調(diào)節(jié)方法，其步驟 是： A、 控制器（KP)控制第一全橋逆變器（H1)及第二全橋逆變器（H2)的輸出電壓的當(dāng)前 2tt 弧度值4 = 1;控制器（KP)控制第一全橋逆變器（HI)與第二全橋逆變器（H2)輸出的電 壓的當(dāng)前相位差么=f; B、 控制器（KP)接收電流傳感器（IP)測(cè)出的發(fā)送線圈（Lp)的電流有效值IP ;如果當(dāng)前 的電流有效值IP值大于設(shè)定的電流有效值I。，轉(zhuǎn)C步；否則，轉(zhuǎn)D步； C、 控制器進(jìn)入脈寬調(diào)節(jié)模式： 如果當(dāng)前的電流有效值IP值大于設(shè)定的電流有效值I。，控制器（KP)調(diào)低第一全橋逆 變器（H1)及第二全橋逆變器（H2)的輸出電壓的下一時(shí)刻弧度值0\，使下一時(shí)刻弧度值 9\等于當(dāng)前弧度值V減少一個(gè)弧度調(diào)節(jié)量A V; 2tt 如果當(dāng)前的電流有效值ip值小于設(shè)定的電流有效值i。，且當(dāng)前弧度值a < y，控制器 (KP)則調(diào)高第一全橋逆變器（H1)及第二全橋逆變器（H2)的輸出電壓的下一時(shí)刻弧度值 ，使下一時(shí)刻弧度值9\等于當(dāng)前弧度值V增加一個(gè)弧度調(diào)節(jié)量A V; 如果當(dāng)前的電流有效值IP值小于設(shè)定的電流有效值I。，且當(dāng)前弧度值見=$，則轉(zhuǎn)D [K 少； D、 控制器進(jìn)入相位差調(diào)節(jié)模式： 如果當(dāng)前的電流有效值IP值小于設(shè)定的電流有效值I。，控制器（KP)調(diào)低第一全橋逆 變器（H1)及第二全橋逆變器（H2)的輸出電壓的下一時(shí)刻相位差0 ' A，使下一時(shí)刻相位差 9 '八等于當(dāng)前相位差9 &減少一個(gè)調(diào)節(jié)量d 0 A ; 如果當(dāng)前的電流有效值IP值大于設(shè)定的電流有效值I。，且當(dāng)前相位差，控制器 (KP)則調(diào)高第一全橋逆變器（H1)及第二全橋逆變器（H2)的輸出電壓的下一時(shí)刻相位差 9 ' A，使下一時(shí)刻相位差9 ' &等于當(dāng)前相位差9 &增加一個(gè)相位差調(diào)節(jié)量d 0 A ; 如果當(dāng)前的電流有效值Ip值大于設(shè)定的電流有效值I。，且當(dāng)前相位差見=f，則轉(zhuǎn)c 止 /J/ 〇
【文檔編號(hào)】G05F1/66GK104283327SQ201410460756
【公開日】2015年1月14日 申請(qǐng)日期:2014年9月11日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月11日
【發(fā)明者】麥瑞坤, 李勇, 陸立文, 何正友, 高仕斌 申請(qǐng)人:西南交通大學(xué)