一種新型單相負(fù)載無線電能傳輸系統(tǒng)及其設(shè)計方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種無線電能傳輸系統(tǒng)，具體涉及一種新型單相負(fù)載無線電能傳輸系 統(tǒng)及其設(shè)計方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 傳統(tǒng)有線電能傳輸模式通過導(dǎo)體之間直接相連的形式傳送電能的，但隨著社會的 不斷發(fā)展與進步，這種基于傳統(tǒng)理論的接觸式供電模式帶來的弊端越來越明顯，如容易產(chǎn) 生磨損、插電火花、不易維護等，因此，基于感應(yīng)稱合原理的無線電能傳輸(WirelessPower Transfer,簡稱WPT)技術(shù)應(yīng)運而生。
[0003] 目前無線電能傳輸技術(shù)主要是實現(xiàn)單相負(fù)載的無線供電，該系統(tǒng)矩陣變換器直接 進行交-交變換，無需中間整流濾波環(huán)節(jié)，但由于采用雙向開關(guān)，也增加了矩陣變換器換流 的難度。在以往的調(diào)制策略中，雙向開關(guān)的兩個門極共用同一個驅(qū)動信號，當(dāng)同一個橋臂的 兩個雙向開關(guān)動作不同步時會引起嚴(yán)重的電壓、電流浪涌，危害開關(guān)管安全。針對傳統(tǒng)調(diào)制 策略的不足，提出一種改進的SPWM混合調(diào)制策略，采用解耦分時驅(qū)動方法，可消除共用一 個驅(qū)動信號引起的電壓電流過沖震蕩，且無需識別負(fù)載電流的極性即可實現(xiàn)一步自適應(yīng)換 流。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明針對傳統(tǒng)的單相負(fù)載無線電能傳輸系統(tǒng)存在的不足，提出了一種新型單相 負(fù)載無線電能傳輸系統(tǒng)及其設(shè)計方法，該系統(tǒng)矩陣變換器直接進行交-交變換，無需中間 整流濾波環(huán)節(jié)；再者，改進的SPWM混合調(diào)制策略，成功解決了矩陣變換器雙向開關(guān)換流困 難的問題。
[0005] 本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的，一種新型單相負(fù)載無線電能傳輸系統(tǒng)，具體方案是 一種新型單相負(fù)載無線電能傳輸系統(tǒng)，以感應(yīng)耦合器為界將主電路分為發(fā)送和接收兩部 分。發(fā)送部分包括直流電源、高頻逆變器、原邊諧振補償機構(gòu)、感應(yīng)耦合器原邊線圈；接收部 分包括感應(yīng)耦合器副邊線圈、副邊諧振補償機構(gòu)、矩陣變換器、濾波器及單相負(fù)載。
[0006] 直流電源通過高頻逆變器轉(zhuǎn)變?yōu)楦哳l交流電，經(jīng)原邊諧振補償后提供給感應(yīng)耦合 器原邊線圈，感應(yīng)耦合器副邊線圈基于電磁感應(yīng)原理拾取能量后再經(jīng)矩陣變換器及濾波器 為單相負(fù)載提供工頻交流電。
[0007] 所述的系統(tǒng)以感應(yīng)耦合器為界，感應(yīng)耦合器的原邊線圈和副邊線圈兩者之間互不 接觸，實現(xiàn)了電能從原邊到副邊的無線傳輸。
[0008] 所述的矩陣變換器直接進行交-交變換，無需中間整流濾波環(huán)節(jié)；再者，改進的 SPWM混合調(diào)制策略解決了矩陣變換器雙向開關(guān)換流困難的問題。
[0009] 所述的高頻逆變器是電壓型全橋逆變器，四個功率管采用180°互補導(dǎo)通模式。 [0010] 所述的感應(yīng)耦合器原邊線圈和副邊線圈材料相同。
[0011] 所述的原邊諧振補償機構(gòu)和副邊諧振補償機構(gòu)分別采用串聯(lián)電容補償和并聯(lián)電 容補償。
[0012] 所述的矩陣變換器是由四個雙向開關(guān)組成，每個雙向開關(guān)是由兩個IGBT共射極 串聯(lián)組成，矩陣變換器的控制方法采用改進的SPWM混合調(diào)制策略。
[0013] 所述的一種新型單相負(fù)載無線電能傳輸系統(tǒng)的設(shè)計方法： 1)忽略雙向開關(guān)管的損耗，根據(jù)功率守恒定律，矩陣變換器及濾波器、單相負(fù)載可以等 效為一相負(fù)載，從而使主電路等效為一個典型的原邊串聯(lián)補償、副邊并聯(lián)補償?shù)膯蜗酂o線 電能傳輸系統(tǒng)。
【主權(quán)項】
1. 一種新型單相負(fù)載無線電能傳輸系統(tǒng)，其特征在于：該系統(tǒng)以感應(yīng)耦合器為界將主 電路分為發(fā)送和接收兩部分，其中發(fā)送部分包括直流電源、高頻逆變器、原邊諧振補償機 構(gòu)、感應(yīng)耦合器原邊線圈；接收部分包括感應(yīng)耦合器副邊線圈、副邊諧振補償機構(gòu)、矩陣變 換器、濾波器及單相負(fù)載；直流電源通過高頻逆變器轉(zhuǎn)變?yōu)楦哳l交流電，經(jīng)原邊諧振補償后 提供給感應(yīng)耦合器原邊線圈，感應(yīng)耦合器副邊線圈基于電磁感應(yīng)原理拾取能量后再經(jīng)矩陣 變換器及濾波器為單相負(fù)載提供工頻交流電；所述的系統(tǒng)以感應(yīng)耦合器為界，感應(yīng)耦合器 的原邊線圈和副邊線圈兩者之間互不接觸，實現(xiàn)了電能從原邊到副邊的無線傳輸；所述的 矩陣變換器直接進行交-交變換，無需中間整流濾波環(huán)節(jié)；再者，改進的SPWM混合調(diào)制策略 解決了矩陣變換器雙向開關(guān)換流困難的問題。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種新型單相負(fù)載無線電能傳輸系統(tǒng)，其特征在于：高頻逆 變器是電壓型全橋逆變器，四個功率管采用180°互補導(dǎo)通模式。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種新型單相負(fù)載無線電能傳輸系統(tǒng)，其特征在于：感應(yīng)耦 合器原邊線圈和副邊線圈材料相同。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種新型單相負(fù)載無線電能傳輸系統(tǒng)，其特征在于：原邊諧 振補償機構(gòu)和副邊諧振補償機構(gòu)分別采用串聯(lián)電容補償和并聯(lián)電容補償。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種新型單相負(fù)載無線電能傳輸系統(tǒng)，其特征在于：矩陣變 換器是由四個雙向開關(guān)組成，每個雙向開關(guān)是由兩個IGBT共射極串聯(lián)組成，矩陣變換器的 控制方法采用改進的SPWM混合調(diào)制策略。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種新型單相負(fù)載無線電能傳輸系統(tǒng)的設(shè)計方法，其特征在 于：1)忽略雙向開關(guān)的損耗，根據(jù)功率守恒定律，矩陣變換器及濾波器、單相負(fù)載可以等效 為一相負(fù)載，從而使主電路等效為一個典型的原邊串聯(lián)補償、副邊并聯(lián)補償?shù)膯蜗酂o線電 能傳輸系統(tǒng)；2)由.
-算出感應(yīng)耦合器副邊線圈電感值4,再由
算出副邊 諧振補償機構(gòu)電容值其中疋q是從矩陣變換器輸入端看進去等效電阻是系統(tǒng)高頻逆 變器工作角頻率；兌是副邊諧振補償因數(shù)，兌一般取2~10 ;3)根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計需要，設(shè)感應(yīng)耦 合器原邊線圈電感值&為一固定值，則原邊諧振補償機構(gòu)電容值
，其中# 是感應(yīng)耦合器原邊線圈與感應(yīng)耦合器副邊線圈之間的互感值。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種新型單相負(fù)載無線電能傳輸系統(tǒng)及其設(shè)計方法。以感應(yīng)耦合器為界將主電路分為發(fā)送和接收兩部分。發(fā)送部分包括直流電源、高頻逆變器、原邊諧振補償機構(gòu)、感應(yīng)耦合器原邊線圈；接收部分包括感應(yīng)耦合器副邊線圈、副邊諧振補償機構(gòu)、矩陣變換器、濾波器及單相負(fù)載。直流電源通過高頻逆變器轉(zhuǎn)變?yōu)楦哳l交流電，經(jīng)原邊諧振補償后提供給感應(yīng)耦合器原邊線圈，感應(yīng)耦合器副邊線圈基于電磁感應(yīng)原理拾取能量后再經(jīng)矩陣變換器及濾波器為單相負(fù)載提供工頻交流電。其顯著效果是：矩陣變換器直接進行交-交變換，無需中間整流濾波環(huán)節(jié)，改進的SPWM混合調(diào)制策略，成功解決了矩陣變換器換流困難的問題。
【IPC分類】H02J17-00
【公開號】CN104578454
【申請?zhí)枴緾N201510027122
【發(fā)明人】童為為, 鐘志祥, 邵祥, 杜朋, 夏晨陽
【申請人】中國礦業(yè)大學(xué)
【公開日】2015年4月29日
【申請日】2015年1月20日