專利名稱：基于阻抗源逆變器的非接觸電能傳輸系統(tǒng)移相控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于電力電子技術(shù)領(lǐng)域，涉及到非接觸電能傳輸系統(tǒng)，特別涉及一種基于 阻抗源逆變器的非接觸電能傳輸系統(tǒng)移相控制方法。
背景技術(shù)：
目前為止，非接觸電能傳輸系統(tǒng)的主電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)主要是電壓源逆變和電流源逆 變兩種，還沒有出現(xiàn)基于阻抗源逆變器的非接觸電能傳輸系統(tǒng)的研究。另外，在非接觸電能 傳輸系統(tǒng)工作過程中，由于負(fù)載變化等因素會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)輸入功率以及負(fù)載電壓發(fā)生改變， 使負(fù)載無法在額定狀態(tài)下工作，產(chǎn)生資源浪費(fèi)，國內(nèi)外對(duì)該方面的研究也很少。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提出一種基于阻抗源逆變器的非接觸電能傳輸系統(tǒng) 及其移相控制方法，實(shí)現(xiàn)非接觸電能傳輸系統(tǒng)傳輸功率和負(fù)載電壓的雙向調(diào)節(jié)，解決非接 觸電能傳輸系統(tǒng)中因負(fù)載變化等因素使負(fù)載無法在額定狀態(tài)下工作的問題。本發(fā)明采取的技術(shù)方案如下該系統(tǒng)以耦合器為界將電路分為發(fā)送和接收兩部分。發(fā)送部分包括輸入直流電 源、阻抗源網(wǎng)絡(luò)、逆變電路和感應(yīng)耦合器原邊繞組，輸入的直流電信號(hào)經(jīng)阻抗源網(wǎng)絡(luò)后，傳 送給逆變電路，逆變電路將接收的電信號(hào)變換為高頻信號(hào)供給感應(yīng)耦合器原邊繞組；其中 為了防止電流回流，必須在直流電源后串聯(lián)二極管；接收部分包括感應(yīng)耦合器副邊繞組和 整流濾波電路，感應(yīng)耦合器副邊繞組將從感應(yīng)耦合器原邊繞組耦合得到的電信號(hào)送給整流 濾波電路得到直流信號(hào)提供給負(fù)載。上述基于阻抗源逆變器的非接觸電能傳輸系統(tǒng)的移相控制方法是通過驅(qū)動(dòng)脈沖 中移相角的設(shè)定來減小系統(tǒng)的傳輸功率和負(fù)載電壓，同時(shí)通過在移相角中加入直通時(shí)間來 增大系統(tǒng)的傳輸功率和負(fù)載電壓，實(shí)現(xiàn)傳輸功率和負(fù)載電壓的雙向調(diào)節(jié)。具體步驟如下(1)根據(jù)降壓要求確定移相角度，所述的移相角度小于180度。(2)根據(jù)升壓要求和步驟1的移相角度確定每半個(gè)周期的直通角度。所述的直通 零矢量狀態(tài)在移相死區(qū)狀態(tài)中注入，此時(shí)4個(gè)開關(guān)管均導(dǎo)通或同一橋臂的2個(gè)開關(guān)管導(dǎo)通， 每半個(gè)周期的直通角度小于一個(gè)周期的移相角度。本發(fā)明的有益效果是本發(fā)明所述的阻抗源逆變器的移相控制策略對(duì)應(yīng)用到全橋、 半橋逆變電路的阻感系統(tǒng)都適用，有較強(qiáng)的工程意義。該系統(tǒng)使逆變橋臂能夠承受瞬時(shí)的 短路和開路，增加了系統(tǒng)的可靠性；為阻抗源逆變器找到了新的應(yīng)用領(lǐng)域，也為非接觸電能 傳輸系統(tǒng)的研究開辟了新的思路。通過驅(qū)動(dòng)脈沖中移相角的設(shè)定來減小系統(tǒng)的傳輸功率和 負(fù)載電壓，同時(shí)通過在移相角中加入直通時(shí)間來增大系統(tǒng)的傳輸功率和負(fù)載電壓，實(shí)現(xiàn)了 傳輸功率和負(fù)載電壓的雙向調(diào)節(jié)，解決了非接觸電能傳輸系統(tǒng)中因負(fù)載變化等因素使負(fù)載 無法在額定狀態(tài)下工作的問題，將大大推動(dòng)非接觸電能傳輸技術(shù)的實(shí)用化進(jìn)程。
圖1是基于阻抗源逆變器的非接觸電能傳輸系統(tǒng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖。圖2是基于阻抗源逆變器的非接觸電能傳輸系統(tǒng)的移相控制脈沖及工作波形圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合技術(shù)方案和附圖詳細(xì)敘述本發(fā)明的具體實(shí)施例。如圖1所示，該圖為基于阻抗源逆變器的非接觸電能傳輸系統(tǒng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖。在 此電路圖中，以耦合器為界將電路分為發(fā)送和接收兩部分。發(fā)送部分包括輸入直流電源，它 可以通過對(duì)交流電網(wǎng)整流濾波得到；阻抗源網(wǎng)絡(luò)，使逆變橋臂能夠承受瞬時(shí)的短路和開路， 增加系統(tǒng)可靠性，并且通過特殊的控制方式引入直通零矢量和開路零矢量，從而給逆變器 提供升壓和降壓的可能性，另外，為了防止電流的回流，必須在電壓源后串聯(lián)二極管；高頻 逆變電路，用于給耦合器原邊繞組提供高頻交流電流。接收部分包括整流濾波電路，用于將 耦合器輸出的交流電壓變換成直流電壓，供直流負(fù)載使用。如圖2所示，為基于阻抗源逆變器的非接觸電能傳輸系統(tǒng)在移相控制下各開關(guān)管 的控制脈沖、直通零矢量的注入脈沖及逆變器的輸入、輸出波形。在時(shí)間間隔[、，tj與 [t3，t4]中，基于阻抗源逆變器的非接觸電能傳輸系統(tǒng)的逆變橋臂短路，阻抗源網(wǎng)絡(luò)的直流 電感L1和L2被充電儲(chǔ)能；在時(shí)間間隔[ti; t2]與[t4，t5]中，充電后的電感L1和L2通過原 邊諧振回路釋放能量，從而使系統(tǒng)的輸出功率得到增強(qiáng)；在時(shí)間間隔[t2，t3]與[t5，t6]中， 基于阻抗源逆變器的非接觸電能傳輸系統(tǒng)的逆變橋臂開路，逆變輸出電壓為零，使系統(tǒng)輸 出功率降低。為了使移相控制的逆變輸出電壓不發(fā)生變化，這里選擇了在移相死區(qū)時(shí)間里 加入直通零矢量。根據(jù)上述分析，搭建了基于阻抗源逆變器的非接觸電能傳輸系統(tǒng)及其移相控制方 法的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。阻抗源網(wǎng)絡(luò)電感LpL2均為20mH，電容CpC2均為220 μ F ；感應(yīng)耦合器采用 自制的罐狀鐵氧體鐵心，其原邊自感為300 μ H，副邊自感為300 μ H，在氣隙為6mm時(shí)，互感 為134. 2 μ H ；感應(yīng)耦合器原邊串聯(lián)電容為0. 047 μ F ；開關(guān)頻率為50kHz，輸入電壓有效值為 20V，負(fù)載為10Ω電阻，為了避免諧振時(shí)電流過大，在原邊串聯(lián)50Ω電阻。
權(quán)利要求
1. 一種基于阻抗源逆變器的非接觸電能傳輸系統(tǒng)，其特征在于該系統(tǒng)以耦合器為界 將電路分為發(fā)送和接收兩部分；發(fā)送部分包括輸入直流電源、阻抗源網(wǎng)絡(luò)、逆變電路和感應(yīng) 耦合器原邊繞組，輸入的直流電信號(hào)經(jīng)阻抗源網(wǎng)絡(luò)后，傳送給逆變電路，逆變電路將接收的 電信號(hào)變換為高頻信號(hào)供給感應(yīng)耦合器原邊繞組，直流電源后串聯(lián)二極管；接收部分包括 感應(yīng)耦合器副邊繞組和整流濾波電路，感應(yīng)耦合器副邊繞組將從感應(yīng)耦合器原邊繞組耦合 得到的電信號(hào)送給整流濾波電路得到直流信號(hào)提供給負(fù)載。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于阻抗源逆變器的非接觸電能傳輸系統(tǒng)及其移相控制方法。以耦合器為界將電路分為發(fā)送和接收兩部分發(fā)送部分包括輸入直流電源、阻抗源網(wǎng)絡(luò)、逆變電路和感應(yīng)耦合器原邊繞組，其中為了防止電流回流，必須在電壓源后串聯(lián)二極管；接收部分包括感應(yīng)耦合器副邊繞組和整流濾波電路。在該系統(tǒng)中，通過驅(qū)動(dòng)脈沖中移相角的設(shè)定來減小系統(tǒng)的傳輸功率和負(fù)載電壓，同時(shí)通過在移相角中加入直通時(shí)間來增大系統(tǒng)的傳輸功率和負(fù)載電壓，實(shí)現(xiàn)傳輸功率和負(fù)載電壓的雙向調(diào)節(jié)。本發(fā)明解決非接觸電能傳輸系統(tǒng)中因負(fù)載變化等因素使負(fù)載無法在額定狀態(tài)下工作的問題，推動(dòng)非接觸電能傳輸技術(shù)的實(shí)用化進(jìn)程。
文檔編號(hào)H02M3/28GK102005926SQ20091007032
公開日2011年4月6日 申請日期2009年9月3日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月3日
發(fā)明者李彬 申請人:天津工程師范學(xué)院