【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及电能传输领域，特别是涉及一种基于wifi通信的水下单电容无线电能传输系统及自动调谐方法。
技术介绍
1、随着海洋探测，自主式水下航行器(autonomous underwater vehicle，auv)的大力发展，水下无线电能传输技术逐渐成为了无线充电领域的研究热点。在水下环境中，传统的有线电能传输方式存在着很多限制，如布线困难、易受损等问题。因此，研究人员开始探索水下无线电能传输技术，以解决这些问题。
2、水下单电容无线电能传输技术是一种新兴的水下无线充电技术，它利用电场耦合，在水下环境中实现电能的传输。相较于传统的电感式无线电能传输，电容传输没有涡流损耗，并且海水的相对介电常数是空气的81倍，因此电容传输可以大大提高水下无线电能的传输距离，通过电容器将电能储存起来，然后通过电场将电能传输到接收器中。单电容式无线电能传输技术只使用一对极板(一个电容)来传输电能。实际上，此电容和系统与无穷远处的杂散电容形成一个回路，从而实现电能的传输。
3、单电容无线电能传输受杂散电容影响，测量设备接入电路中会对整体系统产生影响，相关论文已证述用示波器测量一次侧的电压时，系统输出电流比没有使用示波器测量电压时减少10％，这是由于电流探头中的寄生电容对整体系统产生影响，系统电流一部分通过该寄生电容流入大地，没有通过单电容耦合传输至二次侧。若使用传统的有线方式将传感器串入控制器，传感器中的电容等参数会造成一部分的功率损失，进而使得系统整体效率的下降。
4、因此，亟需一种能够在面对不同水下环境时实现
技术实现思路
1、本专利技术的目的是提供一种水下单电容无线电能传输系统及自动调谐方法，可提高水下电能传输的稳定性及效率。
2、为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：
3、一种水下单电容无线电能传输系统，包括：电源、负载、一次侧全桥变换器、二次侧全桥变换器、能量传输极板、一次侧信号采样模块、二次侧信号采样模块及dsp控制器；
4、所述电源、所述一次侧全桥变换器、所述能量传输极板、所述二次侧全桥变换器、所述负载依次连接，以将所述电源处的电流传输至所述负载；
5、所述一次侧信号采样模块与所述一次侧全桥变换器连接，所述一次侧信号采样模块用于采集一次侧电压及一次侧电流；
6、所述二次侧信号采样模块与所述二次侧全桥变换器连接，所述二次侧信号采样模块用于采集二次侧电压及二次侧电流；
7、所述一次侧信号采样模块及所述二次侧信号采样模块均通过wifi将所述一次侧电压、所述一次侧电流、所述二次侧电压及所述二次侧电流传输至所述dsp控制器；
8、所述dsp控制器与所述一次侧全桥变换器连接，所述dsp控制器用于根据所述一次侧电压、所述一次侧电流、所述二次侧电压及所述二次侧电流计算zvs角及系统效率，并根据所述zvs角及所述系统效率调整所述一次侧全桥变换器的工作频率。
9、可选地，所述能量传输极板包括一次侧能量发送极板及二次侧能量接收极板；
10、所述一次侧能量发送极板与所述一次侧全桥变换器连接；所述二次侧能量接收极板与所述二次侧全桥变换器连接；
11、所述一次侧能量发送极板与所述二次侧能量接收极板之间具有设定距离。
12、可选地，所述一次侧能量发送极板及所述二次侧能量接收极板的材质均为铝。
13、可选地，所述电源为直流电源；所述一次侧全桥变换器包括逆变电路及一次侧补偿网络；
14、所述逆变电路分别与所述直流电源及所述一次侧补偿网络连接，所述一次侧补偿网络还与所述一次侧能量发送极板连接；所述一次侧补偿网络与所述一次侧能量发送极板构成一次侧谐振电路，使一次侧回路中的无功最小；
15、所述一次侧信号采样模块设置在所述逆变电路与所述一次侧补偿网络之间，以采集一次侧电压及一次侧电流；
16、所述dsp控制器与所述逆变电路连接，所述dsp控制器根据所述zvs角及所述系统效率产生pwm信号，以调整所述逆变电路的工作频率。
17、可选地，所述一次侧补偿网络包括第一电感及第一电容；
18、所述逆变电路的第一输出端与所述第一电感的一端连接，所述逆变电路的第二输出端与所述第一电容的一端连接；所述第一电感的另一端与所述一次侧能量发送极板连接；所述第一电容的另一端连接至所述第一电感与所述一次侧能量发送极板之间。
19、可选地，所述一次侧信号采样模块包括一次侧分压电阻、一次侧电压传感器、一次侧电流传感器及一次侧wifi模块；所述一次侧wifi模块为客户端模式；所述dsp控制器中的wifi模块为ap模式；
20、所述一次侧分压电阻的一端连接至所述逆变电路的第一输出端与所述第一电感之间，所述一次侧分压电阻的另一端与所述一次侧电压传感器连接；
21、所述一次侧电流传感器分别与所述逆变电路的第二输出端、所述一次侧电压传感器及所述第一电容连接；
22、所述一次侧分压电阻用于对所述逆变电路输出的电压进行分压；所述一次侧电压传感器用于采集一次侧电压；所述一次侧电流传感器用于采集一次侧电流；所述一次侧wifi模块用于将所述一次侧电压及所述一次侧电流发送至所述dsp控制器中的wifi模块。
23、可选地，所述二次侧全桥变换器包括二次侧补偿网络及整流电路；
24、所述整流电路分别与所述二次侧补偿网络及所述负载连接，所述二次侧补偿网络还与所述二次侧能量接收极板连接；所述二次侧补偿网络与所述二次侧能量接收极板构成二次侧谐振电路，使二次侧回路中的无功最小；
25、所述二次侧信号采样模块设置在所述二次侧补偿网络及所述整流电路之间，以采集二次侧电压及二次侧电流。
26、可选地，所述二次侧补偿网络包括第二电感及第二电容；
27、所述整流电路的第一输入端与所述第二电感的一端连接，所述整流电路的第二输入端与所述第二电容的一端连接；所述第二电感的另一端与所述二次侧能量接收极板连接；所述第二电容的另一端连接至所述第二电感与所述二次侧能量接收极板之间。
28、可选地，所述二次侧信号采样模块包括二次侧分压电阻、二次侧电压传感器、二次侧电流传感器及二次侧wifi模块；所述二次侧wifi模块为客户端模式；所述dsp控制器中的wifi模块为ap模式；
29、所述二次侧分压电阻的一端连接至所述整流电路的第一输入端与所述第二电感之间，所述二次侧分压电阻的另一端与所述二次侧电压传感器连接；
30、所述二次侧电流传感器分别与所述整流电路的第二输入端、所述二次侧电压传感器及所述第二电容连接；
31、所述二次侧分压电阻用于对输入所述整流电路的电压进行分压；所述二次侧电压传感器用于采集二次侧电压；所述二次侧电流传感器用于采集二次侧电流；所述二次侧wifi模块用于将所述二次侧电压及所述二次侧电流发送至所述dsp控制器中的wi本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种水下单电容无线电能传输系统，其特征在于，所述水下单电容无线电能传输系统包括：电源、负载、一次侧全桥变换器、二次侧全桥变换器、能量传输极板、一次侧信号采样模块、二次侧信号采样模块及DSP控制器；
2.根据权利要求1所述的水下单电容无线电能传输系统，其特征在于，所述能量传输极板包括一次侧能量发送极板及二次侧能量接收极板；
3.根据权利要求2所述的水下单电容无线电能传输系统，其特征在于，所述电源为直流电源；所述一次侧全桥变换器包括逆变电路及一次侧补偿网络；
4.根据权利要求3所述的水下单电容无线电能传输系统，其特征在于，所述一次侧补偿网络包括第一电感及第一电容；
5.根据权利要求4所述的水下单电容无线电能传输系统，其特征在于，所述一次侧信号采样模块包括一次侧分压电阻、一次侧电压传感器、一次侧电流传感器及一次侧WiFi模块；所述一次侧WiFi模块为客户端模式；所述DSP控制器中的WiFi模块为AP模式；
6.根据权利要求2所述的水下单电容无线电能传输系统，其特征在于，所述二次侧全桥变换器包括二次侧补偿网络及整流电路；p>
7.根据权利要求6所述的水下单电容无线电能传输系统，其特征在于，所述二次侧补偿网络包括第二电感及第二电容；
8.根据权利要求7所述的水下单电容无线电能传输系统，其特征在于，所述二次侧信号采样模块包括二次侧分压电阻、二次侧电压传感器、二次侧电流传感器及二次侧WiFi模块；所述二次侧WiFi模块为客户端模式；所述DSP控制器中的WiFi模块为AP模式；
9.根据权利要求1所述的水下单电容无线电能传输系统，其特征在于，所述DSP控制器根据所述一次侧电压及所述一次侧电流计算ZVS角，根据所述一次侧电压、所述一次侧电流、所述二次侧电压及所述二次侧电流计算系统效率。
10.一种水下单电容无线电能传输的自动调谐方法，应用于权利要求1至9任一项所述的水下单电容无线电能传输系统，其特征在于，所述自动调谐方法包括：
...【技术特征摘要】
1.一种水下单电容无线电能传输系统，其特征在于，所述水下单电容无线电能传输系统包括：电源、负载、一次侧全桥变换器、二次侧全桥变换器、能量传输极板、一次侧信号采样模块、二次侧信号采样模块及dsp控制器；
2.根据权利要求1所述的水下单电容无线电能传输系统，其特征在于，所述能量传输极板包括一次侧能量发送极板及二次侧能量接收极板；
3.根据权利要求2所述的水下单电容无线电能传输系统，其特征在于，所述电源为直流电源；所述一次侧全桥变换器包括逆变电路及一次侧补偿网络；
4.根据权利要求3所述的水下单电容无线电能传输系统，其特征在于，所述一次侧补偿网络包括第一电感及第一电容；
5.根据权利要求4所述的水下单电容无线电能传输系统，其特征在于，所述一次侧信号采样模块包括一次侧分压电阻、一次侧电压传感器、一次侧电流传感器及一次侧wifi模块；所述一次侧wifi模块为客户端模式；所述dsp控制器中的wifi模块为ap模式；
<...【专利技术属性】
技术研发人员：李芳，聂铭，王丽芳，达朝来，陶成轩，李树凡，
申请(专利权)人：中国科学院电工研究所，
类型：发明
国别省市：
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