一種基于微網(wǎng)的家用電器無線供電系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]基于能源、環(huán)境和經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展的要求，對傳統(tǒng)電網(wǎng)進行設(shè)計換代，開發(fā)智能型、充分利用可再生能源發(fā)電是21世紀(jì)電網(wǎng)改造的方向。微型電網(wǎng)(微網(wǎng))由于采用了大量的綠色清潔的分布式能源且能為用戶提供可靠的、高質(zhì)量的電能而成為今后電網(wǎng)發(fā)展的重要組成部分。
[0002]無線電能傳輸技術(shù)是目前電氣工程領(lǐng)域最活躍的熱點研宄方向之一，它集基礎(chǔ)研宄與應(yīng)用研宄為一體，是當(dāng)前國內(nèi)外學(xué)術(shù)界和工業(yè)界探索的一個多學(xué)科、強交叉的新的研宄領(lǐng)域和前沿課題，涵蓋電磁場、電力電子技術(shù)、電力系統(tǒng)、控制技術(shù)、物理學(xué)、材料學(xué)、信息技術(shù)等諸多技術(shù)領(lǐng)域。采用無線供電方式能夠有效克服電線連接方式存在的各類缺陷，實現(xiàn)電子電器的自由供電，具有重要的應(yīng)用預(yù)期和廣闊的發(fā)展前景。
[0003]本發(fā)明一種基于微網(wǎng)的家用電器無線供電系統(tǒng)，是電工學(xué)科研宄的前沿課題，不僅能為家用電器供電提供了無污染的清潔能源，而且設(shè)計了一種低碳、環(huán)保的發(fā)電模式，并避免了現(xiàn)有家用電器導(dǎo)線直接接觸供電方式的弊端。
【背景技術(shù)】
[0004]微網(wǎng)中風(fēng)光互補發(fā)電技術(shù)已經(jīng)成熟，現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于現(xiàn)實生活中，是一種綠色的清潔能源。
[0005]無線電能傳輸技術(shù)大致可分為三種:第一種為感應(yīng)耦合式電能傳輸，它利用松耦合變壓器原理進行傳能，發(fā)射端與接收端一般存在降低回路磁阻的鐵芯裝置，適合小功率，短距離的應(yīng)用場合。第二種為電磁耦合諧振式電能傳輸，通過高品質(zhì)因數(shù)的諧振器上電感與分布式電容發(fā)生諧振傳輸能量適合中等距離的能量傳輸。第三種為電磁輻射式電能傳輸，在該技術(shù)中電能被轉(zhuǎn)換為微波形式，傳輸距離超過數(shù)千米，可實現(xiàn)電能的遠程傳送。其中電磁耦合諧振技術(shù)利用非輻射電磁場近場區(qū)域完成電能傳輸，一方面較之電磁感應(yīng)式傳能，在傳輸距離上有了很大的擴展；另一方面相比電磁輻射式傳能，近場區(qū)域能量具有非輻射的特點，該技術(shù)有較好的安全性，因此目前得到很大的關(guān)注和研宄。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，引入了風(fēng)光互補發(fā)電作為家用電器充電的能量供給源，實現(xiàn)了一種無污染、清潔的能量供給方式，避免了能量的短缺。此外，家用電器供電中引入了無線電能傳輸技術(shù)，避免了傳統(tǒng)家用電器導(dǎo)線直接接觸供電方式的弊端，為家用電器供電提供了一種快捷、方便的方式。
[0007]本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是:一種基于微網(wǎng)的家用電器無線供電系統(tǒng)，風(fēng)力發(fā)電模塊(I)和太陽能發(fā)電模塊(2)，實現(xiàn)了風(fēng)光互補發(fā)電，將能量存儲在存儲裝置(3)中，為供電系統(tǒng)提供輸入功率；斬波功率振蕩電路(4)，用于將存儲裝置(3)中的直流電轉(zhuǎn)換為適應(yīng)負載功率要求的高頻交變電流；信號控制模塊(5)，控制斬波電路的輸出電壓值以實現(xiàn)輸入功率和輸出功率的平衡；電磁場發(fā)射線路￠)，用于發(fā)射斬波功率振蕩電路產(chǎn)生的交變電磁場；電磁場接收線圈(7)，接收電磁場發(fā)射線路發(fā)射出的交變磁場；整流濾波斬波模塊(8)，將電磁場接收線圈接收到的交流電轉(zhuǎn)換為電壓值恒定的直流電；超級電容組合電路(9)，快速存儲電能，為家用電器(10)提供驅(qū)動功率。
[0008]所述的斬波功率振蕩電路(4)由斬波電路與半橋功率推挽電路組成，其中斬波電路受信號控制電路(5)中單片機控制，以控制其輸出電壓值，半橋功率推挽電路的開關(guān)頻率固定，與發(fā)射線路的諧振頻率一致。
[0009]所述的信號控制電路(5)由功率檢測電路和單片機控制電路組成。功率檢測電路檢測到的功率信號經(jīng)過A/D變換送至單片機控制電路，單片機將與預(yù)存的功率閾值做比較，根據(jù)比較結(jié)果調(diào)節(jié)(4)中斬波電路的輸出電壓指標(biāo)。
[0010]所述的電磁場發(fā)射線路(6)由多股利茲線繞制而成組成，其諧振頻率與振蕩電路輸出的頻率保持一致，以保證較低的發(fā)射系數(shù)，用于發(fā)射斬波功率振蕩電路產(chǎn)生的交變電磁場。
[0011]所述的電磁場接收線圈(7)由多股利茲線繞制繞制成，位于家用電器的底座上，接收線圈在制作時就考慮了振蕩電路(4)的頻率，制作出的接收線圈與電磁場發(fā)射線路
(6)和斬波功率振蕩電路(4)輸出的頻率保持一致，以保證接收線圈在運行中保持諧振狀態(tài)，以通過諧振耦合的方式實現(xiàn)能量的高效傳遞。
[0012]所述的整流濾波斬波模塊(8)由橋式整流電路、濾波電路、斬波電路組成，其中橋式整流電路將線圈獲得的交流電整流成直流電，濾波電路消除電路中的高次諧波，隨后斬波電路將濾波后的直流電轉(zhuǎn)變成恒定輸出電壓的直流電。
[0013]所述的超級電容組合電路(9)由超級電容串并聯(lián)電路和保護電路組成，用以為家用電器提供能量。
[0014]本發(fā)明一種基于微網(wǎng)的家用電器無線供電系統(tǒng)，將微網(wǎng)和無線電能傳輸技術(shù)有效結(jié)合，使整個過程從電能的產(chǎn)生、轉(zhuǎn)換和應(yīng)用不會造成空氣的污染。不僅可以有效緩解能源帶來的壓力，而且這種新型的家用電器供電方式極大的方便了人們的生活，因此對社會的發(fā)展具有重大實際意義和應(yīng)用前景。
【附圖說明】
[0015]圖1是系統(tǒng)整體功能框圖；
[0016]圖2是電磁發(fā)射線圈和電磁接收線圈的結(jié)構(gòu)圖；
[0017]圖3是超級電容組的電路圖；
【具體實施方式】
[0018]下面結(jié)合實施例和附圖對本發(fā)明一種基于微網(wǎng)的家用電器無線供電系統(tǒng)做出詳細地說明。
[0019]如圖1所示，風(fēng)力發(fā)電模塊⑴和太陽能發(fā)電模塊(2)，實現(xiàn)了風(fēng)光互補發(fā)電，將能量存儲在存儲裝置(3)中，為供電系統(tǒng)提供輸入功率；斬波功率振蕩電路(4)，用于將存儲裝置(3)中的直流電轉(zhuǎn)換為適應(yīng)負載功率要求的高頻交變電流；信號控制模塊(5)，控制斬波電路的輸出電壓值以實現(xiàn)輸入功率和輸出功率的平衡；電磁場發(fā)射線路￠)，用于發(fā)射斬波功率振蕩電路產(chǎn)生的交變電磁場；電磁場接收線圈(7)，接收電磁場發(fā)射線路發(fā)射出的交變磁場；整流濾波斬波模塊(8)，將電磁場接收線圈接收到的交流電轉(zhuǎn)換為電壓值恒定的直流電；超級電容組合電路(9)，快速存儲電能，為電動汽車(10)提供驅(qū)動功率；其中風(fēng)力發(fā)電模塊(I)和能量存儲裝置(3)相連；太陽能發(fā)電模塊(2)和能量存儲裝置(3)相連；能量存儲裝置(3)相連和斬波功率振蕩電路(4)相連；斬波功率振蕩電路(4)和信號控制模塊(5)相連；斬波功率振蕩電路(4)和電磁場發(fā)射線路(6)相連；電磁場接收線圈(7)和整流濾波斬波模塊(8)相連；整流濾波斬波模塊(8)和超級電容組合電路(9)相連；超級電容組合電路(9)和家用電器(10)相連。
[0020]如圖2所示，電磁場發(fā)射線路(6)和電磁場發(fā)射線路(7)，均采用多股利茲線，繞成盤式結(jié)構(gòu)，并且設(shè)計的電磁場發(fā)射線路(6)和電磁場發(fā)射線路(7)的固有諧振頻率要和斬波功率振蕩電路(4)輸出的震蕩頻率相等，從而實現(xiàn)電磁耦合諧振，無線傳輸能量。
[0021]如圖3所示，超級電容組合電路(9)采用288個500F的超級電容，其中6個超級電容串聯(lián)為一個單元，12個單元并聯(lián)為一組，超級電容組合電路組成結(jié)構(gòu)為兩組串聯(lián)后，再與另外兩組串聯(lián)組合并聯(lián)。該模塊儲存能量具有充電時間短，充電次數(shù)多，容量大的優(yōu)點，能解決鋰電池污染大，充電時間長，充電次數(shù)少的弊端。
【主權(quán)項】
1.一種基于微網(wǎng)的家用電器無線供電系統(tǒng)，其特征在于設(shè)置有:風(fēng)力發(fā)電模塊(I)和太陽能發(fā)電模塊(2)，實現(xiàn)了風(fēng)光互補發(fā)電，將能量存儲在存儲裝置(3)中，為供電系統(tǒng)提供輸入功率；斬波功率振蕩電路(4)，用于將存儲裝置(3)中的直流電轉(zhuǎn)換為適應(yīng)負載功率要求的高頻交變電流；信號控制模塊(5)，控制斬波電路的輸出電壓值以實現(xiàn)輸入功率和輸出功率的平衡；電磁場發(fā)射線路(6)，用于發(fā)射斬波功率振蕩電路產(chǎn)生的交變電磁場；電磁場接收線圈(7)，接收電磁場發(fā)射線路發(fā)射出的交變磁場；整流濾波斬波模塊(8)，將電磁場接收線圈接收到的交流電轉(zhuǎn)換為電壓值恒定的直流電；超級電容組合電路(9)，快速存儲電能，為家用電器(10)提供驅(qū)動功率；其中風(fēng)力發(fā)電模塊⑴和能量存儲裝置(3)相連；太陽能發(fā)電模塊(2)和能量存儲裝置(3)相連；能量存儲裝置(3)相連和斬波功率振蕩電路⑷相連；斬波功率振蕩電路⑷和信號控制模塊(5)相連；斬波功率振蕩電路⑷和電磁場發(fā)射線路(6)相連；電磁場接收線圈(7)和整流濾波斬波模塊(8)相連；整流濾波斬波模塊⑶和超級電容組合電路(9)相連；超級電容組合電路(9)和家用電器(10)相連。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于微網(wǎng)的家用電器無線供電系統(tǒng)，其特征還在于，所述的風(fēng)力發(fā)電模塊(I)和太陽能發(fā)電模塊(2)，是一種無污染、綠色能源發(fā)電方式，將它引入到家用電器無線充電技術(shù)中，為家用電器提供能量供給源，可以緩解能源短缺的現(xiàn)狀，也可極大的減少大氣中PM2.5的含量，為人類生活創(chuàng)造舒適生活環(huán)境。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于微網(wǎng)的家用電器無線供電系統(tǒng)，其特征還在于，所述的電磁場發(fā)射線路(6)和電磁場發(fā)射線路(7)，采用多股利茲線，繞成盤式結(jié)構(gòu)，并且設(shè)計的電磁場發(fā)射線路(6)和電磁場發(fā)射線路(7)的固有諧振頻率要和斬波功率振蕩電路(4)輸出的震蕩頻率相等，從而實現(xiàn)電磁耦合諧振，無線傳輸能量。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于微網(wǎng)的家用電器無線供電系統(tǒng)，其特征還在于，所述的超級電容組合電路(9)，具有充電時間短，充電次數(shù)多，容量大的優(yōu)點，能解決鋰電池污染大，充電時間長，充電次數(shù)少的弊端。
【專利摘要】本發(fā)明是一種基于微網(wǎng)的家用電器無線供電系統(tǒng)，主要包括風(fēng)力發(fā)電模塊(1)、太陽能發(fā)電模塊(2)、能量存儲模塊(3)、斬波功率振蕩電路(4)；信號控制模塊(5)；電磁場發(fā)射線路(6)；電磁場接收線圈(7)；整流濾波斬波模塊(8)；超級電容組合電路(9)；家用電器(10)，該設(shè)計電工學(xué)科的前沿課題，其創(chuàng)新點在于，不僅為家用電器用電提供了無污染的清潔能源，而且設(shè)計了一種低碳、環(huán)保的電器供電模式，并避免了現(xiàn)有家用電器導(dǎo)線直接接觸供電方式的弊端。本發(fā)明將微網(wǎng)和無線電能傳輸技術(shù)有效結(jié)合，使整個過程從電能的產(chǎn)生、轉(zhuǎn)換和應(yīng)用不會造成空氣的污染。不僅可以有效緩解能源帶來的壓力，而且這種新型的家用電器供電方式極大的方便了人們的生活，因此對社會的發(fā)展具有重大實際意義和應(yīng)用前景。
【IPC分類】H02J17/00
【公開號】CN104901438
【申請?zhí)枴緾N201510337472
【發(fā)明人】薛明, 楊慶新
【申請人】天津工業(yè)大學(xué)
【公開日】2015年9月9日
【申請日】2015年6月18日