[發明專利]采用測量線圈技術的感應電能傳輸系統調諧裝置及其調諧方法

有效

• 申請號: 201610305258.1
• 申請日: 2016-05-10
• 公開（公告）號: CN105871078B
• 公開（公告）日: 2018-05-01
• 發明（設計）人: 麥瑞坤;馬曉晴;陸立文;李勇;何正友
• 申請（專利權）人: 西南交通大學
• 主分類號: H02J50/12
• 分類號: H02J50/12
• 代理公司: 成都信博專利代理有限責任公司51200
• 代理人: 張澎

技術領域

本發明涉及感應電能傳輸領域，尤其是感應電能傳輸設備中的調諧裝置及其調諧方法。

背景技術

感應電能傳輸作為一種新型的能量傳輸方式，能有效地克服傳統電能傳輸方式存在的易出現接觸火花、容易積碳與易受環境影響的問題，基于感應電能傳輸的優點，目前該技術已被廣泛應用于手機設備充電、室內設備充電、軌道交通等領域，受到了國內外專家學者的廣泛關注。

感應電能傳輸系統由原邊和副邊構成，直流電輸入到原邊，經過逆變橋將直流電進行逆變得到高頻交流電，通過松耦合變壓器將高頻交流電傳輸至副邊，副邊接收得到的高頻交流電，經過整流橋整流得到直流電，再供給負載，實現能量的無線傳輸。

隨著感應電能傳輸技術向高效、穩定、大功率的方向發展，提高電能傳輸的效率成了人們愈來愈關注的問題。當副邊回路呈諧振狀態時，同等輸出功率下，系統原邊回路電流較小，回路損耗較小，系統的能量傳輸效率較高。然而由于受到負載變化、元件參數變化、氣隙距離變化以及外部環境的影響，副邊回路呈現不諧振狀態，回路中的負載分壓變小，為保證負載電壓恒定不變，需要更大的原邊回路電流，增大了原邊回路的損耗，降低了系統的能量傳輸效率。

現有的效率優化方法一種是在副邊加入動態調諧裝置的方法，通過控制副邊的等效阻抗，使副邊回路達到諧振狀態，然而這種方法需要加入多余的控制器和調諧裝置，增加了系統的復雜程度，并且在系統正常工作時，難以直接測量副邊線圈感應電壓，進而難以判別副邊回路是否處于諧振狀態。另一種是基于擾動-觀察法對多參數變化的系統進行效率優化，通過不斷調整變換器導通角來實時搜索系統最大效率工作點，但是由于系統的電感電容參數較多，有可能出現多個諧振點，容易導致頻率分叉現象，出現擾動不到諧振點的現象；并且系統效率在諧振與不諧振條件下的對比不很明顯時，控制器難以對諧振狀態進行判別，難以達到諧振狀態。

發明內容

本發明的第一目的是提供一種采用測量線圈的感應電能傳輸系統調諧裝置，該裝置能使設備保持在原邊線圈電流與測量電路兩端電壓相位差為零的情況下運行，即副邊回路保持或接近諧振狀態，使逆變器輸出電流和原邊回路的電能損耗降低，提高系統的電能傳輸效率。

本發明實現其第一發明目的所采用的技術方案是：一種采用測量線圈技術的感應電能傳輸系統調諧裝置，設置在感應電能傳輸系統的原邊側，其特征在于：

感應電能傳輸系統發送端的原邊線圈(Lp)處并繞一個測量線圈(La)，原邊線圈(Lp)與測量線圈(La)之間的互感為Mpa；在原邊電路與測量電路之間增加一個緊耦合變壓器(M)，緊耦合變壓器(M)由與原邊線圈(Lp)串聯的一側線圈(La＇)和與測量線圈(La)串聯的一側線圈(La＂)組成，且其原、副邊線圈的互感大小為-Mpa；

原邊線圈(Lp)上串聯一個電流傳感器(IR)；在由測量線圈(La)與緊耦合變壓器(M)的一側線圈(La＂)組成的測量電路的兩端并聯一個電壓傳感器(UR)；逆變器(N)的控制端、電流傳感器(IR)的輸出端和電壓傳感器(UR)的輸出端均與調諧控制器(KR)相連。

本發明的第二目的是提供一種使用上述調諧裝置來進行調諧的方法，該方法能更方便快速地實現副邊回路的調諧，提高感應電能傳輸設備的傳輸效率。

本發明實現其第二發明目的所采用的技術方案是：一種采用上述裝置的感應電能傳輸的調諧方法，包含如下的步驟：

A、初始時，設定逆變器(N)的額定工作頻率為當前工作頻率f₀；

B、發送端控制器控制逆變器(N)的當前工作頻率為初始頻率f₀，電流傳感器(IR)檢測出原邊線圈(Lp)的電流瞬時值I_r，傳送給調諧控制器(KR)，調諧控制器(KR)將收到的電流瞬時值I_r記為當前電流瞬時值I₀；電壓傳感器(UR)檢測出測量線圈(La)的兩端電壓瞬時值U_r，傳送給調諧控制器(KR)，調諧控制器(KR)將收到的電壓瞬時值U_r記為當前電壓瞬時值U₀；將U₀和I₀傳送給調諧控制器(KR)并以電壓U₀為參考計算得到兩者的相位差θ₀；

C、比較B步計算得到的當前電壓瞬時值U₀與當前電流瞬時值I₀的相位差θ₀與零的關系，調諧控制器(KR)對逆變器的工作頻率進行調節：