一種無線電能傳輸設(shè)備發(fā)送端頻率跟蹤調(diào)諧方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種無線電能傳輸設(shè)備發(fā)送端頻率跟蹤調(diào)諧方法，它利用恒流控制條件下電路諧振時，升降壓直-直變換器輸出端的電壓最小的原理來動態(tài)跟蹤發(fā)送端的諧振頻率，即通過不斷微調(diào)逆變器工作頻率跟蹤升降壓直-直變換器輸出端的電壓有效值，使電壓有效值實時動態(tài)的處于最小值，從而使發(fā)送端電路更接近完全諧振狀態(tài)，不僅降低了發(fā)送端的無功功率，也使發(fā)送端逆變器工作在軟開關(guān)狀態(tài)，減小了開關(guān)損耗。其調(diào)諧更精確、可靠，也即本發(fā)明的方法能實現(xiàn)更高精度的調(diào)諧，使發(fā)送端更接近理想的諧振狀態(tài)，使其有功功率更高，更好的提高無線電能傳輸設(shè)備的傳輸功率和效率。
【專利說明】一種無線電能傳輸設(shè)備發(fā)送端頻率跟蹤調(diào)諧方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及無線電能傳輸【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及感應(yīng)式無線電能傳輸設(shè)備發(fā)送端頻率跟蹤調(diào)諧方法。

【背景技術(shù)】
[0002]無線電能傳輸技術(shù)，是一種新興的電能傳輸技術(shù)，在為軌道車、電動汽車等移動設(shè)備供電時，無線電能傳輸技術(shù)克服了傳統(tǒng)電能傳輸技術(shù)容易碳積、產(chǎn)生接觸火花、插接操作麻煩等缺陷，而具備極大的發(fā)展?jié)摿Α?br> [0003]感應(yīng)式無線電能傳輸方式以其具有大功率傳輸獨特的優(yōu)勢，較其它無線電能傳輸技術(shù)，有著更好的發(fā)展和應(yīng)用前景。感應(yīng)式無線電能傳輸裝置包括發(fā)送端和接收端兩部分:第一部分是感應(yīng)式無線電能傳輸裝置的發(fā)送端，其組成和功能主要是:發(fā)送端通過整流器將工頻交流電變成直流，在控制器的控制下通過升降壓直-直變換器變換成所需的電壓，隨后由高頻逆變器將直流變成高頻交流電，高頻交流電流在發(fā)送線圈中流動產(chǎn)生高頻磁場；為了使發(fā)送線圈中的高頻交變磁場恒定和系統(tǒng)穩(wěn)定工作，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)送線圈的電流值送給發(fā)送端控制器，由控制器對升降壓直-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。第二部分是感應(yīng)式無線電能傳輸裝置的接收端，其組成和功能主要是:接收端的接收線圈感應(yīng)到發(fā)送線圈產(chǎn)生的高頻交變磁場，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。
[0004]由于接收線圈和發(fā)送線圈存在一定的間隔，二者為松耦合關(guān)系，發(fā)送線圈和接收線圈的漏感很大，使得發(fā)送線圈的無功功率增加，接收線圈的伏安等級降低，降低了電能的傳輸功率與傳輸效率。通常通過加入電容進行補償，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，使發(fā)送端逆變器工作在軟開關(guān)條件下，同時能提高發(fā)送線圈和接收線圈的有功功率，降低系統(tǒng)傳輸?shù)臒o功功率。
[0005]由于溫、濕度等因素均會導(dǎo)致線路的阻抗發(fā)生變化，使得系統(tǒng)參數(shù)發(fā)生變化，導(dǎo)致發(fā)送端諧振頻率發(fā)生變化，發(fā)送端的無功功率增加，降低了系統(tǒng)傳輸?shù)挠泄β省槭拱l(fā)送端始終工作在諧振狀態(tài)，需使發(fā)送端逆變器的工作頻率時刻跟蹤發(fā)送端的諧振頻率。
[0006]但現(xiàn)有的頻率跟蹤算法大多是采用硬件比較器實現(xiàn)逆變電壓和電流相位差的測量，再控制逆變器的工作頻率實現(xiàn)諧振頻率的跟蹤。由于高頻噪聲等其他原因使得電壓、電流的相位差的測量誤差較大，頻率跟蹤的效果較差。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的是提供一種無線電能傳輸設(shè)備發(fā)送端頻率跟蹤調(diào)諧方法，該方法能使升降壓直-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)，使發(fā)送端逆變器工作在軟開關(guān)狀態(tài)下，同時提高發(fā)送端的有功功率，進而提高無線電能傳輸設(shè)備的傳輸功率和效率。
[0008]本發(fā)明實現(xiàn)其發(fā)明目的所采用的技術(shù)方案是，一種基于最小電壓的無線電能傳輸設(shè)備發(fā)送端頻率跟蹤調(diào)諧方法，其步驟為:
[0009]A、發(fā)送線圈的電流有效值的控制值設(shè)定為Ip ;初始時，設(shè)定逆變器的額定工作頻率為當前工作頻率
[0010]B、發(fā)送端控制器控制逆變器的工作頻率為當前工作頻率同時，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(diào)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，直至電流傳感器傳來的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U。；
[0011]C、發(fā)送端控制器根據(jù)設(shè)定的逆變器工作頻率調(diào)節(jié)量Af，得到一個較小的工作頻率f1; = fQ- Λ f和一個較大的工作頻率f2，f2 = fQ+ Λ f ;
[0012]D、發(fā)送端控制器控制逆變器的工作頻率為;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(diào)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小工作頻率電壓有效值U1 ；
[0013]隨后，發(fā)送端控制器控制逆變器的工作頻率為f2 ;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(diào)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大工作頻率電壓有效值U2 ；
[0014]E、發(fā)送端控制器比較當前電壓有效值U。、小工作頻率電壓有效值U1、大工作電壓有效值U2的大小:如果其中的最小值為小工作頻率電壓有效值U1，則令當前工作頻率L =
，轉(zhuǎn)B步；如果其中的最小值為大工作頻率電壓有效值U2,則令當前工作頻率& = f2，轉(zhuǎn)B步；如果其中的最小值為當前電壓有效值Utl，直接轉(zhuǎn)B步。
[0015]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是:
[0016]一、本發(fā)明只需檢查升降壓直-直變換器輸出端的電壓有效值，不用增加電壓、電流相位檢測電路就能使發(fā)送端工作在諧振狀態(tài)，具有性能穩(wěn)定、價格低廉、電路簡單、便于集成、易于推廣等優(yōu)點。
[0017]二、本發(fā)明通過記錄逆變器的工作頻率及其測試出的升降壓直-直變換器輸出端的電壓有效值；再將逆變器的工作頻率分別向小、向大偏移設(shè)定的調(diào)節(jié)量，分別讓逆變器工作在大工作頻率和小工作頻率條件下，并實際測出大工作頻率和小工作頻率對應(yīng)的電壓有效值；最后找出大、小工作頻率和工作頻率對應(yīng)的電壓有效值中的最小值，再以最小電壓有效值對應(yīng)的頻率作為逆變器的工作頻率。通過這樣的一次或多次逼近即可使升降壓直-直變換器輸出端的電壓有效值處于最小化，從而使發(fā)送端電路實時、動態(tài)地處于諧振狀態(tài)或者諧振狀態(tài)附近。
[0018]本發(fā)明利用恒流控制條件下電路諧振時，升降壓直-直變換器輸出端的電壓最小的原理來動態(tài)跟蹤發(fā)送端的諧振頻率，不僅降低了發(fā)送端的無功功率，也使發(fā)送端逆變器工作在軟開關(guān)狀態(tài)，減小了開關(guān)損耗。其調(diào)諧更精確、可靠，也即本發(fā)明的方法能實現(xiàn)更高精度的調(diào)諧，使發(fā)送端更接近理想的諧振狀態(tài)，其有功功率更高，更好的提高無線電能傳輸設(shè)備的傳輸功率和效率。
[0019]下面結(jié)合【具體實施方式】對本發(fā)明作進一步的詳細說明。

【具體實施方式】
[0020]實施例
[0021]本發(fā)明的一種【具體實施方式】是，一種基于最小電壓的無線電能傳輸設(shè)備發(fā)送端頻率跟蹤調(diào)諧方法，其步驟為:
[0022]A、發(fā)送線圈的電流有效值的控制值設(shè)定為Ip ;初始時，設(shè)定逆變器的額定工作頻率為當前工作頻率
[0023]電流有效值的控制值Ip根據(jù)取電設(shè)備的取電要求而定；通常功率越大的取電設(shè)備其對應(yīng)的電流有效值的控制值Ip越大，但不宜超出發(fā)送線圈的額定電流有效值。
[0024]B、發(fā)送端控制器控制逆變器的工作頻率為當前工作頻率同時，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(diào)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，直至電流傳感器傳來的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U。；
[0025]C、發(fā)送端控制器根據(jù)設(shè)定的逆變器工作頻率調(diào)節(jié)量Af，得到一個較小的工作頻率f1; = fQ- Λ f和一個較大的工作頻率f2，f2 = fQ+ Λ f ;
[0026]逆變器工作頻率調(diào)節(jié)量Λ f通常取5-50HZ ;調(diào)節(jié)量Λ f取值越大，調(diào)節(jié)速度越快，但調(diào)節(jié)精度越低；相反，調(diào)節(jié)量Λ f取值越小，調(diào)節(jié)速度越慢，但調(diào)節(jié)精度越高。
[0027]D、發(fā)送端控制器控制逆變器的工作頻率為;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(diào)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小工作頻率電壓有效值U,。
[0028]隨后，發(fā)送端控制器控制逆變器的工作頻率為f2 ;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(diào)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大工作頻率電壓有效值U2 ；
[0029]E、發(fā)送端控制器比較當前電壓有效值Utl、小工作頻率電壓有效值U1、大工作電壓有效值U2的大小:如果其中的最小值為小工作頻率電壓有效值U1，則令當前工作頻率L =
，轉(zhuǎn)B步；如果其中的最小值為大工作頻率電壓有效值U2,則令當前工作頻率& = f2，轉(zhuǎn)B步；如果其中的最小值為當前電壓有效值Utl，直接轉(zhuǎn)B步。
【權(quán)利要求】
1.一種基于最小電壓的無線電能傳輸設(shè)備發(fā)送端頻率跟蹤調(diào)諧方法，其步驟為: A、發(fā)送線圈的電流有效值的控制值設(shè)定為Ip;初始時，設(shè)定逆變器的額定工作頻率為當前工作頻率fo ; B、發(fā)送端控制器控制逆變器的工作頻率為當前工作頻率&;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(diào)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，直至電流傳感器傳來的電流有效值的檢測值13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U。； C、發(fā)送端控制器根據(jù)設(shè)定的逆變器工作頻率調(diào)節(jié)量Λf，得到一個較小的工作頻率f1;fi = f0- Δ f和一個較大的工作頻率f2，f2 = fQ+ Λ f ; D、發(fā)送端控制器控制逆變器的工作頻率為;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(diào)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小工作頻率電壓有效值U1 ； 隨后，發(fā)送端控制器控制逆變器的工作頻率為f2 ;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(diào)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大工作頻率電壓有效值U2 ； E、發(fā)送端控制器比較當前電壓有效值Utl、小工作頻率電壓有效值U1、大工作電壓有效值隊的大小:如果其中的最小值為小工作頻率電壓有效值U1，則令當前工作頻率& = 4，轉(zhuǎn)B步；如果其中的最小值為大工作頻率電壓有效值U2，則令當前工作頻率& = f2，轉(zhuǎn)B步；如果其中的最小值為當前電壓有效值Utl，直接轉(zhuǎn)B步。
【文檔編號】H02M7/42GK104135085SQ201410353226
【公開日】2014年11月5日 申請日期:2014年7月23日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月23日
【發(fā)明者】何正友, 李勇, 麥瑞坤, 林圣 , 高仕斌 申請人:西南交通大學(xué)