具有功率因数校正功能的三相ac-dc非接触供电系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及非接触供电及自动控制的技术领域，具体涉及一种具有功率因数校正 功能的三相AC-DC非接触供电系统。
【背景技术】
[0002] 传统的非接触电路一般采用DC-DC结构，针对非接触供电技术的研究集中在DC/ DC变换电路的实现与控制上，这种电路通常由交流低压市电电源（220V/380V)供电，在电 源与DC-DC非接触电路之间加入AC-DC功率因数校正电路才能将交流电转化成直流电供给 DC-DC非接触电路使用。AC-DC功率因数校正电路需要增加一套额外的控制电路、检测电路 和变换器电路，使电路更复杂。AC-DC非接触供电系统只需要一套控制电路、检测电路和变 换器电路，更有利于优化效率和提高电路的功率因数。
【发明内容】
[0003] 为了解决上述技术问题，本发明提出了一种具有功率因数校正功能的三相AC-DC 非接触供电系统，供电电流的谐波畸变率小，工作可靠，供电效率最高可达90%以上。
[0004] 为了达到上述目的，本发明的技术方案是：一种具有功率因数校正功能的三相 AC-DC非接触供电系统，包括三路依次连接的交流电源、整流电路、原边滤波电路、斩波电 路、原边线圈、副边线圈、二倍压整流电路，三路二倍压整流电路并联后与负载沉相连接，负 载沉与输出电感A串联连接，负载沉两端并联有输出电容心输出电感A和输出电容G 构成副边滤波电路；交流电源上设有供电电压采样滤波检测装置以及供电电压过零检测装 置，原边滤波电路上设有整流电路采样滤波检测装置，斩波电路上设有驱动电路，负载沉上 设有负载电压电流采样滤波检测装置；供电电压采样滤波检测装置、供电电压过零检测装 置、整流电路采样滤波检测装置、驱动电路与控制装置相连接，负载电压电流采样滤波检测 装置通过无线通信与控制装置相连接。
[0005] 所述交流电源包括％、％和％，整流电路包括桥式连接的整流二极管DA5~DAS、 DB5~Dbs和D e5~Des，原边滤波电路包括滤波电感ZAH、滤波电感'、滤波电感ΖεΗ和滤波电容CAH、 滤波电容&、滤波电容心，斩波电路包括桥式连接的开关管SA1~SA4、SB1~SB4、S"~SM，原边线 圈包括4、4、副边线圈包括4、4、4S，二倍压整流电路包括桥式连接的二极管 和电容6K、桥式连接的二极管D3~D4和电容桥式连接的二极管D5~D6和电容
[0006] 所述交流电源％与桥式连接的整流二极管D A5~DAS相连接，滤波电感ZAH与整流 二极管DA5~DAS串联连接，滤波电容心与整流二极管D A5~DAS并联连接，滤波电感ZAH与桥式 连接的开关管SA1~SA4相连接，开关管SA1~SA4与原边线圈ZAP相连接，原边线圈ZAP与副边线 圈ZAS通过磁感应相连接，副边线圈ZAS与桥式连接的二极管Di~D2和电容相连接；所 述交流电源％与桥式连接的整流二极管D B5~DBS相连接，滤波电感'与整流二极管D B5~DBS 串联连接，滤波电容&与整流二极管D B5~Dbs并联连接，滤波电感ZbH与桥式连接的开关管 SBi~SB4相连接，开关管SB1~SB4与原边线圈Zgp相连接，原边线圈Zgp与副边线圈/^通过磁感 应相连接，副边线圈与桥式连接的二极管d3~d4和电容相连接；所述交流电源％与 桥式连接的整流二极管De5~Des相连接，滤波电感ΖεΗ与整流二极管De5~Des串联连接，滤波电 容心与整流二极管De5~Des并联连接，滤波电感ZeH与桥式连接的开关管Sa~Se4相连接，开 关管Sa~SC4与原边线圈4P相连接，原边线圈4P与副边线圈Zcs通过磁感应相连接，副边线 圈4S与桥式连接的二极管D5~D6和电容相连接；原边线圈ZAP上并联有补偿电容CAP， 副边线圈ZAS上并联有补偿电容CAS。
[0007] 所述交流电源％、％、％采用三路单相交流市电电源，供电电压为交流220V，交流 电源％、％、％的电压相位相差分别为0°、120°、240°。
[0008] 所述滤波电容4、'、G上分别串联有谐波二极管DAH、DeH、Dvh，谐波二极管Dah、 dch、dvh上并联有谐波开关管sAH、SBH、SeH，谐波开关管SAH、SBH、SeH均与驱动电路相连接。
[0009] 所述原边线圈ZAP与副边线圈ZAS、原边线圈ZbP与副边线圈4、原边线圈^与副 边线圈45分别组成非接触变压器，三组非接触变压器组成三相无线平面供电网；所述原边 线圈ZAP、/呈平面分布，三相无线平面供电网为对称磁路机构的三相无线平面供电网； 所述开关管sA1~sA4、SB1~SB4、S"~SM分别构成移相全桥软开关单相斩波电路。
[0010] 其工作过程为：所述控制装置实时获取供电电压采样滤波检测装置、供电电压过 零检测装置、整流电流采样滤波检测装置、负载电压电流采样滤波检测装置所检测的信号， 依据电源电压和负载功率的变化规律，通过供电电压过零检测装置得到关键相位点，控制 装置利用关键相位点预测到其它采样点的相位和电压波动趋势的波动系数表，采用相位先 验控制方法产生控制信号，通过驱动电路转换成驱动信号，调节斩波开关管SA1~SA4、SB1~SB4、 占空比，从而实现对系统的输出控制；调节谐波开关管sAH、sBH、sCH的占空比，从而 改善系统产生的谐波。
[0011] 所述相位先验控制方法的步骤为： 步骤一：通过供电电压采样滤波检测装置获取供电电压交流电源％、％、％的信号，设 交流电源％、％、％的峰值的幅值系数为1，其过零时的幅值系数为0,采用供电电压过零 检测装置得到交流电源％、％、％过零点的时刻，依次得到各时刻整流电路的电压yA2、yB2、 %!的相位角； 以过零点的时刻为参照点依次获取其它时刻点的幅值系数尤设i/ld(?)为先验控制的 反馈值，则： yld(i) = (K{t+l)-K{t))·u0{t) 其中，尤(?+l)表示下一次检测时三相叠加电压yA2+yB2+yC2的幅值系数，尤(?)表示当前 检测点三相整流电路叠加电压~+yB2+ %的幅值系数； 步骤二：根据输出电压y。⑵和输出电流厶⑵的值计算出占空比调节系数J⑴-仏⑴，其中期望输出的直流电压值为4?)。考虑先验控制反馈值&⑴后，需要减去 该变化趋势以适应供电电压交流电源％、％、％的变化给电路输出带来的影响，贝>J反馈误 差e(i)依据下式计算： e(t)=d(t)-u0(t)-uu(t) 将该反馈误差参与考虑到闭环控制算法中用于调节开关管的斩波占空比。
[0012] 所述同步斩波算法的步骤为：三路单相斩波电路对应开关管SA1、^与Sα的斩波 的起始时间完全相同，副边线圈ZAS、/^、Zcs的电流相位和二倍压整流电路的二极管栗出电 流分别错开120°。
[0013] 所述异步错相斩波算法的步骤为： 以整流电路的电压yA2、yB2、化的幅值为判断标准，当其中一路电压的瞬时幅值高于其 它两路电压的瞬时幅值时，该路开关管的斩波的起始时间与另外两路单相斩波电路对应的 开关管起始相位错开180° ; 当电压的幅值高于％!、％!的电压幅值时，副边线圈的电流4幅值也高于4、 4S的电流iBS、ies的幅值，令开关管SA1的斩波起始时间为0°，令开关管SB1、Sa的斩波起始 时间为180° ; 当电压如的幅值高于％!、％!的电压幅值时，副边线圈4的电流4幅值也高于4、 4S的电流iAS、ies的幅值，令开关管SB1的斩波起始时间为0°，令开关管SA1、Sa的斩波起始 时间为180° ; 当电压％;的幅值高于％!、％!的电压幅值时，副边线圈4的电流4幅值也高于4、 4的电流iAS、iBS的幅值，令开关管Sa的斩波起始时间为0°，令开关管SA1、SB1的斩波起始 时间为180°。
[0014] 本发明用单相全桥整流电路将三路单相交流电分别整流成单向脉动直流电，将这 三个脉动直流电斩波得到高频交流电，通过原边线圈向副边线圈传递电能，三个副边线圈 分别与电容并联构成电流源，三路电流源分别向倍压整流电路输出能量构成三路充电栗电 路，将这三路充电栗电路的输出端并联，得到统一的直流电压，再使用副边滤波电路即可得 到稳定的直流电压。采用附加功率因数校正电路进一步提高功率因数，使该系统的供电电 流的谐波畸变率较小；与单相AC-DC非接触电路相比，本发明不需要复杂的控制算法即可 使其交流电源AC侧的线电流正弦化，功率因数基本接近于1，同时直流侧输出功率保持平 衡。通过仿真和电路实验验证了所提出的拓扑结构和控制方法的正确性和有效性，结果表 明，本发明所提出的系统工作可靠，供电效率最高可达90%以上。
【附图说明】
[0015] 图1为本发明的非接触供电电路原理图。
[0016] 图2为本发明的交流电源的电压与电流波形示意图。
[0017] 图3为本发明的全桥整流的电压示意图。
[0018] 图4为本发明的供电电压过零检测装