专利名称：基于阻抗源逆变器的非接触电能传输系统移相控制方法
技术领域：
本发明属于电力电子技术领域，涉及到非接触电能传输系统，特别涉及一种基于 阻抗源逆变器的非接触电能传输系统移相控制方法。
背景技术：
目前为止，非接触电能传输系统的主电路拓扑结构主要是电压源逆变和电流源逆 变两种，还没有出现基于阻抗源逆变器的非接触电能传输系统的研究。另外，在非接触电能 传输系统工作过程中，由于负载变化等因素会导致系统输入功率以及负载电压发生改变， 使负载无法在额定状态下工作，产生资源浪费，国内外对该方面的研究也很少。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提出一种基于阻抗源逆变器的非接触电能传输系统 及其移相控制方法，实现非接触电能传输系统传输功率和负载电压的双向调节，解决非接 触电能传输系统中因负载变化等因素使负载无法在额定状态下工作的问题。本发明采取的技术方案如下该系统以耦合器为界将电路分为发送和接收两部分。发送部分包括输入直流电 源、阻抗源网络、逆变电路和感应耦合器原边绕组，输入的直流电信号经阻抗源网络后，传 送给逆变电路，逆变电路将接收的电信号变换为高频信号供给感应耦合器原边绕组；其中 为了防止电流回流，必须在直流电源后串联二极管；接收部分包括感应耦合器副边绕组和 整流滤波电路，感应耦合器副边绕组将从感应耦合器原边绕组耦合得到的电信号送给整流 滤波电路得到直流信号提供给负载。上述基于阻抗源逆变器的非接触电能传输系统的移相控制方法是通过驱动脉冲 中移相角的设定来减小系统的传输功率和负载电压，同时通过在移相角中加入直通时间来 增大系统的传输功率和负载电压，实现传输功率和负载电压的双向调节。具体步骤如下(1)根据降压要求确定移相角度，所述的移相角度小于180度。(2)根据升压要求和步骤1的移相角度确定每半个周期的直通角度。所述的直通 零矢量状态在移相死区状态中注入，此时4个开关管均导通或同一桥臂的2个开关管导通， 每半个周期的直通角度小于一个周期的移相角度。本发明的有益效果是本发明所述的阻抗源逆变器的移相控制策略对应用到全桥、 半桥逆变电路的阻感系统都适用，有较强的工程意义。该系统使逆变桥臂能够承受瞬时的 短路和开路，增加了系统的可靠性；为阻抗源逆变器找到了新的应用领域，也为非接触电能 传输系统的研究开辟了新的思路。通过驱动脉冲中移相角的设定来减小系统的传输功率和 负载电压，同时通过在移相角中加入直通时间来增大系统的传输功率和负载电压，实现了 传输功率和负载电压的双向调节，解决了非接触电能传输系统中因负载变化等因素使负载 无法在额定状态下工作的问题，将大大推动非接触电能传输技术的实用化进程。
图1是基于阻抗源逆变器的非接触电能传输系统的拓扑结构图。图2是基于阻抗源逆变器的非接触电能传输系统的移相控制脉冲及工作波形图。
具体实施例方式下面结合技术方案和附图详细叙述本发明的具体实施例。如图1所示，该图为基于阻抗源逆变器的非接触电能传输系统的拓扑结构图。在 此电路图中，以耦合器为界将电路分为发送和接收两部分。发送部分包括输入直流电源，它 可以通过对交流电网整流滤波得到；阻抗源网络，使逆变桥臂能够承受瞬时的短路和开路， 增加系统可靠性，并且通过特殊的控制方式引入直通零矢量和开路零矢量，从而给逆变器 提供升压和降压的可能性，另外，为了防止电流的回流，必须在电压源后串联二极管；高频 逆变电路，用于给耦合器原边绕组提供高频交流电流。接收部分包括整流滤波电路，用于将 耦合器输出的交流电压变换成直流电压，供直流负载使用。如图2所示，为基于阻抗源逆变器的非接触电能传输系统在移相控制下各开关管 的控制脉冲、直通零矢量的注入脉冲及逆变器的输入、输出波形。在时间间隔[、，tj与 [t3，t4]中，基于阻抗源逆变器的非接触电能传输系统的逆变桥臂短路，阻抗源网络的直流 电感L1和L2被充电储能；在时间间隔[ti; t2]与[t4，t5]中，充电后的电感L1和L2通过原 边谐振回路释放能量，从而使系统的输出功率得到增强；在时间间隔[t2，t3]与[t5，t6]中， 基于阻抗源逆变器的非接触电能传输系统的逆变桥臂开路，逆变输出电压为零，使系统输 出功率降低。为了使移相控制的逆变输出电压不发生变化，这里选择了在移相死区时间里 加入直通零矢量。根据上述分析，搭建了基于阻抗源逆变器的非接触电能传输系统及其移相控制方 法的实验平台。阻抗源网络电感LpL2均为20mH，电容CpC2均为220 μ F ；感应耦合器采用 自制的罐状铁氧体铁心，其原边自感为300 μ H，副边自感为300 μ H，在气隙为6mm时，互感 为134. 2 μ H ；感应耦合器原边串联电容为0. 047 μ F ；开关频率为50kHz，输入电压有效值为 20V，负载为10Ω电阻，为了避免谐振时电流过大，在原边串联50Ω电阻。
权利要求
1. 一种基于阻抗源逆变器的非接触电能传输系统，其特征在于该系统以耦合器为界 将电路分为发送和接收两部分；发送部分包括输入直流电源、阻抗源网络、逆变电路和感应 耦合器原边绕组，输入的直流电信号经阻抗源网络后，传送给逆变电路，逆变电路将接收的 电信号变换为高频信号供给感应耦合器原边绕组，直流电源后串联二极管；接收部分包括 感应耦合器副边绕组和整流滤波电路，感应耦合器副边绕组将从感应耦合器原边绕组耦合 得到的电信号送给整流滤波电路得到直流信号提供给负载。
全文摘要
本发明公开了一种基于阻抗源逆变器的非接触电能传输系统及其移相控制方法。以耦合器为界将电路分为发送和接收两部分发送部分包括输入直流电源、阻抗源网络、逆变电路和感应耦合器原边绕组，其中为了防止电流回流，必须在电压源后串联二极管；接收部分包括感应耦合器副边绕组和整流滤波电路。在该系统中，通过驱动脉冲中移相角的设定来减小系统的传输功率和负载电压，同时通过在移相角中加入直通时间来增大系统的传输功率和负载电压，实现传输功率和负载电压的双向调节。本发明解决非接触电能传输系统中因负载变化等因素使负载无法在额定状态下工作的问题，推动非接触电能传输技术的实用化进程。
文档编号H02M3/28GK102005926SQ20091007032
公开日2011年4月6日 申请日期2009年9月3日 优先权日2009年9月3日
发明者李彬 申请人:天津工程师范学院