一種無線電能傳輸設備發(fā)送端動態(tài)調諧裝置及其調諧方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種無線電能傳輸設備發(fā)送端動態(tài)調諧裝置及其調諧方法，其裝置的組成是：在無線電能傳輸設備發(fā)送端中的逆變器(N)的兩輸入端上并聯(lián)電壓傳感器(US)，且在逆變器(N)與發(fā)送線圈（Ls）的電流傳感器(IS)之間依次串接相控電感電容并聯(lián)電路和補償電容(Cs)；所述的相控電感電容并聯(lián)電路的組成是：電感(Lp)與雙向晶閘管(Tx)串聯(lián)后再與電容(Cp)并聯(lián)；雙向晶閘管(Tx)的控制端、電流傳感器(IS)的輸出端和電壓傳感器(US)的輸出端均與發(fā)送端控制器(KS)相連。該調諧裝置及其相應的調諧方法能使升降壓直-直變換器(BB)輸出端保持在最小電壓有效值下運行，即發(fā)送端電路更接近完全諧振狀態(tài)，以提高發(fā)送端的有功功率，進而提高無線電能傳輸設備的傳輸功率和效率。
【專利說明】一種無線電能傳輸設備發(fā)送端動態(tài)調諧裝置及其調諧方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于無線電能傳輸【技術領域】，尤其屬于感應耦合無線電能傳輸設備中的動態(tài)調諧裝置及其調諧方法。
【背景技術】
[0002]無線電能傳輸技術，是一種新興的電能傳輸與技術，它的應用廣泛，特別是一些特殊的場合，如鉆井、工礦、水下探測等等。而且無線電能傳輸技術，是一個極具潛力的【技術領域】，有著十分重要的應用價值，引起了眾多國內外學者和工業(yè)界的密切關注。
[0003]感應耦合無線電能傳輸方式以其獨特的優(yōu)勢，較其它無線電能傳輸技術，能夠容易的將電能在短距離下進行大功率傳輸，有著較好的發(fā)展和應用前景，其傳輸裝置由發(fā)送側和接收側兩部分組成。
[0004]第一部分是感應耦合無線電能傳輸裝置的發(fā)送側，其組成和功能主要是:工頻交流電輸入端將電網(wǎng)的工頻電，經(jīng)過整流器整流為直流，再通過升降壓直-直變換器變換成所需的電壓，隨后由逆變器逆變成高頻交流電，最后高頻交流電在發(fā)送線圈中流動產(chǎn)生高頻交變磁場。為了使發(fā)送線圈中的高頻交變磁場恒定，通常在發(fā)送線圈與逆變器間串接電流傳感器，電流傳感器將檢測出的發(fā)送線圈的電流值送發(fā)送端控制器，由控制器據(jù)以對升降壓直-直變換器的輸出電壓進行控制實現(xiàn)發(fā)送線圈的電流值的反饋控制，使發(fā)送線圈中的高頻交變磁場保持恒定。
[0005]第二部分是感應耦合無線電能傳輸裝置的接收端，其組成原理是:接收端的接收線圈感應到發(fā)送線圈產(chǎn)生的高頻交變的磁場，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)樨撦d所需(通常為工頻)交流電，從而完成電能的無線傳輸。
[0006]感應耦合無線電能傳輸裝置的核心問題是接收線圈和發(fā)送線圈之間的能量傳輸。最理想的情況下，感應耦合無線電能傳輸裝置發(fā)送端和接收端均處于同一諧振頻率下諧振時，裝置的傳輸功率和傳輸效率達到最大。然而接收線圈和發(fā)送線圈之間存在較大的氣隙，使得發(fā)送線圈和接收線圈的漏感很大，加之，負載、溫濕度等因素均會導致線路的阻抗發(fā)生變化；從而使發(fā)送線圈的無功功率增加，接收線圈的電壓降低，降低了電能的傳輸功率與傳輸效率。為了提高電能的傳輸功率與效率，一般由調諧裝置通過投切電容來對發(fā)送線圈或接收線圈的漏感等進行調諧，即電容與發(fā)送線圈或接收線圈線圈組成LC諧振振蕩電路，提高發(fā)送線圈和接收線圈的有功功率。
[0007]然而，現(xiàn)有發(fā)送端調諧裝置大多是基于阻抗測量而改變投切電容數(shù)量進行動態(tài)補償，實現(xiàn)對無線傳能系統(tǒng)發(fā)送端線圈漏感的調諧；但由于發(fā)送端線圈漏感變化等因素導致其阻抗難以實時、精確測量，使得無線傳能系統(tǒng)參數(shù)發(fā)生變化，進而導致發(fā)送端與接收端的諧振頻率發(fā)生變化時，調諧裝置不能實時、精確調諧，系統(tǒng)沒有處于諧振的狀態(tài)，降低了無線傳能系統(tǒng)傳輸功率和效率。
【發(fā)明內容】

[0008]本發(fā)明的第一個目的是提供一種無線電能傳輸設備發(fā)送端動態(tài)調諧裝置，該動態(tài)調諧裝置能使升降壓直-直變換器輸出端保持在最小電壓有效值下運行，即發(fā)送端電路更接近完全諧振狀態(tài)，以提高發(fā)送端的有功功率，進而提高無線電能傳輸設備的傳輸功率和效率。
[0009]本發(fā)明實現(xiàn)其發(fā)明目的所采用的技術方案是，一種無線電能傳輸設備發(fā)送端動態(tài)調諧裝置，其特征在于:
[0010]在無線電能傳輸設備發(fā)送端中的逆變器的兩輸入端上并聯(lián)電壓傳感器，且在逆變器與發(fā)送線圈的電流傳感器之間依次串接相控電感電容并聯(lián)電路和補償電容；所述的相控電感電容并聯(lián)電路的組成是:電感與雙向晶閘管串聯(lián)后再與電容并聯(lián)；雙向晶閘管的控制端、電流傳感器的輸出端和電壓傳感器的輸出端均與發(fā)送端控制器相連。
[0011]本發(fā)明的第二目的是提供一種使用上述的動態(tài)調諧裝置進行調諧的方法，該方法更快捷、更簡單地實現(xiàn)接收端的調諧，提高發(fā)送端的有功功率，進而提高無線電能傳輸設備的傳輸功率和效率。
[0012]本發(fā)明實現(xiàn)其第二發(fā)明目的所采用的技術方案是，一種使用上述的動態(tài)調諧裝置對無線電能傳輸設備進行調諧的方法，其步驟是:
[0013]A、初始時，雙向晶閘管的當前觸發(fā)角Qci設為JI，即雙向晶閘管設為斷開狀態(tài)；發(fā)送線圈的電流有效值的控制值設定為Ip。
[0014]B、發(fā)送端控制器控制雙向晶閘管使其觸發(fā)角為當前觸發(fā)角Citl，同時，發(fā)送端控制器接收電流傳感器傳來的發(fā)送線圈的電流有效值的檢測值Is，并據(jù)以調節(jié)發(fā)送端升降壓直-直變換器的輸出電壓，使發(fā)送線圈電流有效值向電流控制值Ip逼近，直至電流有效值的檢測值Is與電流有效值的控制值Ip相等時，發(fā)送端控制器記錄電壓傳感器測出的升降壓直-直變換器輸出端的電壓有效值為當前電壓有效值U0 ；
[0015]C、發(fā)送端控制器將B步的當前觸發(fā)角代入下式(I)中的觸發(fā)角α，計算出相控電感電容并聯(lián)電路的當前等效阻抗Ztl
【權利要求】
1.一種無線電能傳輸設備發(fā)送端動態(tài)調諧裝置，其特征在于: 在無線電能傳輸設備發(fā)送端中的逆變器(N)的兩輸入端上并聯(lián)電壓傳感器(US)，且在逆變器(N)與發(fā)送線圈(Ls)的電流傳感器(IS)之間依次串接相控電感電容并聯(lián)電路和補償電容(Cs);所述的相控電感電容并聯(lián)電路的組成是:電感(Lp)與雙向晶閘管(Tx)串聯(lián)后再與電容(Cp)并聯(lián)；雙向晶閘管(Tx)的控制端、電流傳感器(IS)的輸出端和電壓傳感器(US)的輸出端均與發(fā)送端控制器(KS)相連。
2.一種使用權利要求1所述的動態(tài)調諧裝置對無線電能傳輸設備進行調諧的方法，其步驟是: A、初始時，雙向晶閘管(Tx)的當前觸發(fā)角設為Ji，即雙向晶閘管(Tx)設為斷開狀態(tài)；發(fā)送線圈的電流有效值的控制值設定為Ιρ。 B、發(fā)送端控制器(KS)控制雙向晶閘管(Tx)使其觸發(fā)角為當前觸發(fā)角Citl，同時，發(fā)送端控制器(KS)接收電流傳感器(IS)傳來的發(fā)送線圈(Ls)的電流有效值的檢測值Is，并據(jù)以調節(jié)發(fā)送端升降壓直-直變換器(BB)的輸出電壓，使發(fā)送線圈電流有效值向電流控制值Ip逼近，直至電流有效值的檢測值Is與電流有效值的控制值Ip相等時，發(fā)送端控制器(KS)記錄電壓傳感器(US)測出的升降壓直-直變換器(BB)輸出端的電壓有效值為當前電壓有效值U0 ； C、發(fā)送端控制器(KS)將B步的當前觸發(fā)角代入下式(I)中的觸發(fā)角α，計算出相控電感電容并聯(lián)電路的當前等效阻抗Ztl
【文檔編號】H02J17/00GK103944280SQ201410134184
【公開日】2014年7月23日 申請日期:2014年4月3日 優(yōu)先權日:2014年4月3日
【發(fā)明者】麥瑞坤, 陸立文, 李勇, 李硯玲, 何正友 申請人:西南交通大學