一种无线电能传输设备发送端动态调谐装置及其调谐方法
【专利摘要】本发明公开了一种无线电能传输设备发送端动态调谐装置及其调谐方法，其装置的组成是：在无线电能传输设备发送端中的逆变器(N)的两输入端上并联电压传感器(US)，且在逆变器(N)与发送线圈（Ls）的电流传感器(IS)之间依次串接相控电感电容并联电路和补偿电容(Cs)；所述的相控电感电容并联电路的组成是：电感(Lp)与双向晶闸管(Tx)串联后再与电容(Cp)并联；双向晶闸管(Tx)的控制端、电流传感器(IS)的输出端和电压传感器(US)的输出端均与发送端控制器(KS)相连。该调谐装置及其相应的调谐方法能使升降压直-直变换器(BB)输出端保持在最小电压有效值下运行，即发送端电路更接近完全谐振状态，以提高发送端的有功功率，进而提高无线电能传输设备的传输功率和效率。
【专利说明】一种无线电能传输设备发送端动态调谐装置及其调谐方法
【技术领域】
[0001]本发明属于无线电能传输【技术领域】，尤其属于感应耦合无线电能传输设备中的动态调谐装置及其调谐方法。
【背景技术】
[0002]无线电能传输技术，是一种新兴的电能传输与技术，它的应用广泛，特别是一些特殊的场合，如钻井、工矿、水下探测等等。而且无线电能传输技术，是一个极具潜力的【技术领域】，有着十分重要的应用价值，引起了众多国内外学者和工业界的密切关注。
[0003]感应耦合无线电能传输方式以其独特的优势，较其它无线电能传输技术，能够容易的将电能在短距离下进行大功率传输，有着较好的发展和应用前景，其传输装置由发送侧和接收侧两部分组成。
[0004]第一部分是感应耦合无线电能传输装置的发送侧，其组成和功能主要是:工频交流电输入端将电网的工频电，经过整流器整流为直流，再通过升降压直-直变换器变换成所需的电压，随后由逆变器逆变成高频交流电，最后高频交流电在发送线圈中流动产生高频交变磁场。为了使发送线圈中的高频交变磁场恒定，通常在发送线圈与逆变器间串接电流传感器，电流传感器将检测出的发送线圈的电流值送发送端控制器，由控制器据以对升降压直-直变换器的输出电压进行控制实现发送线圈的电流值的反馈控制，使发送线圈中的高频交变磁场保持恒定。
[0005]第二部分是感应耦合无线电能传输装置的接收端，其组成原理是:接收端的接收线圈感应到发送线圈产生的高频交变的磁场，在接收线圈中感生出高频的交流电，接收线圈中的高频交流电经过整流器整流成直流电，再逆变为负载所需(通常为工频)交流电，从而完成电能的无线传输。
[0006]感应耦合无线电能传输装置的核心问题是接收线圈和发送线圈之间的能量传输。最理想的情况下，感应耦合无线电能传输装置发送端和接收端均处于同一谐振频率下谐振时，装置的传输功率和传输效率达到最大。然而接收线圈和发送线圈之间存在较大的气隙，使得发送线圈和接收线圈的漏感很大，加之，负载、温湿度等因素均会导致线路的阻抗发生变化；从而使发送线圈的无功功率增加，接收线圈的电压降低，降低了电能的传输功率与传输效率。为了提高电能的传输功率与效率，一般由调谐装置通过投切电容来对发送线圈或接收线圈的漏感等进行调谐，即电容与发送线圈或接收线圈线圈组成LC谐振振荡电路，提高发送线圈和接收线圈的有功功率。
[0007]然而，现有发送端调谐装置大多是基于阻抗测量而改变投切电容数量进行动态补偿，实现对无线传能系统发送端线圈漏感的调谐；但由于发送端线圈漏感变化等因素导致其阻抗难以实时、精确测量，使得无线传能系统参数发生变化，进而导致发送端与接收端的谐振频率发生变化时，调谐装置不能实时、精确调谐，系统没有处于谐振的状态，降低了无线传能系统传输功率和效率。
【发明内容】
[0008]本发明的第一个目的是提供一种无线电能传输设备发送端动态调谐装置，该动态调谐装置能使升降压直-直变换器输出端保持在最小电压有效值下运行，即发送端电路更接近完全谐振状态，以提高发送端的有功功率，进而提高无线电能传输设备的传输功率和效率。
[0009]本发明实现其发明目的所采用的技术方案是，一种无线电能传输设备发送端动态调谐装置，其特征在于:
[0010]在无线电能传输设备发送端中的逆变器的两输入端上并联电压传感器，且在逆变器与发送线圈的电流传感器之间依次串接相控电感电容并联电路和补偿电容；所述的相控电感电容并联电路的组成是:电感与双向晶闸管串联后再与电容并联；双向晶闸管的控制端、电流传感器的输出端和电压传感器的输出端均与发送端控制器相连。
[0011]本发明的第二目的是提供一种使用上述的动态调谐装置进行调谐的方法，该方法更快捷、更简单地实现接收端的调谐，提高发送端的有功功率，进而提高无线电能传输设备的传输功率和效率。
[0012]本发明实现其第二发明目的所采用的技术方案是，一种使用上述的动态调谐装置对无线电能传输设备进行调谐的方法，其步骤是:
[0013]A、初始时，双向晶闸管的当前触发角Qci设为JI，即双向晶闸管设为断开状态；发送线圈的电流有效值的控制值设定为Ip。
[0014]B、发送端控制器控制双向晶闸管使其触发角为当前触发角Citl，同时，发送端控制器接收电流传感器传来的发送线圈的电流有效值的检测值Is，并据以调节发送端升降压直-直变换器的输出电压，使发送线圈电流有效值向电流控制值Ip逼近，直至电流有效值的检测值Is与电流有效值的控制值Ip相等时，发送端控制器记录电压传感器测出的升降压直-直变换器输出端的电压有效值为当前电压有效值U0 ；
[0015]C、发送端控制器将B步的当前触发角代入下式(I)中的触发角α，计算出相控电感电容并联电路的当前等效阻抗Ztl
【权利要求】
1.一种无线电能传输设备发送端动态调谐装置，其特征在于: 在无线电能传输设备发送端中的逆变器(N)的两输入端上并联电压传感器(US)，且在逆变器(N)与发送线圈(Ls)的电流传感器(IS)之间依次串接相控电感电容并联电路和补偿电容(Cs);所述的相控电感电容并联电路的组成是:电感(Lp)与双向晶闸管(Tx)串联后再与电容(Cp)并联；双向晶闸管(Tx)的控制端、电流传感器(IS)的输出端和电压传感器(US)的输出端均与发送端控制器(KS)相连。
2.一种使用权利要求1所述的动态调谐装置对无线电能传输设备进行调谐的方法，其步骤是: A、初始时，双向晶闸管(Tx)的当前触发角设为Ji，即双向晶闸管(Tx)设为断开状态；发送线圈的电流有效值的控制值设定为Ιρ。 B、发送端控制器(KS)控制双向晶闸管(Tx)使其触发角为当前触发角Citl，同时，发送端控制器(KS)接收电流传感器(IS)传来的发送线圈(Ls)的电流有效值的检测值Is，并据以调节发送端升降压直-直变换器(BB)的输出电压，使发送线圈电流有效值向电流控制值Ip逼近，直至电流有效值的检测值Is与电流有效值的控制值Ip相等时，发送端控制器(KS)记录电压传感器(US)测出的升降压直-直变换器(BB)输出端的电压有效值为当前电压有效值U0 ； C、发送端控制器(KS)将B步的当前触发角代入下式(I)中的触发角α，计算出相控电感电容并联电路的当前等效阻抗Ztl
【文档编号】H02J17/00GK103944280SQ201410134184
【公开日】2014年7月23日 申请日期:2014年4月3日 优先权日:2014年4月3日
【发明者】麦瑞坤, 陆立文, 李勇, 李砚玲, 何正友 申请人:西南交通大学