【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于无线电能传输，具体涉及一种用于磁耦合式无线电能传输系统的控制方法。
技术介绍
1、无线电能传输技术是将电能转化为磁场、电场、激光、声波等其他形式的能量，隔空传递一段距离后，再通过接收器重新将能量转换为电能并加以利用的技术。无线电能传输技术无需物理接触即可实现电能传输，与传统有线电能传输相比，无线电能传输技术不存在电线磨损、线路老化、线路杂乱等问题。目前已经有多种无线电能传输的方法包括基于磁场耦合的无线电能传输、基于电场耦合的无线电能传输、基于激光的光功率传输和远场rf微波能量传输。磁耦合式无线电能传输系统利用磁场来实现无线电能传输的功能。磁耦合式无线电能传输系统具有高效率、长距离、高功率的特点，目前已广泛应用于水下设备、植入式医疗设备、移动设备、电动汽车和无人驾驶飞扰。
2、然而磁耦合式无线电能传输系统在实际应用中还有很多问题需要解决。如在设备储能电池的充电过程中需要恒流恒压的转换，标准充电过程为，以设定电流进行恒流充电，电池电压升到额定值时，改为恒压充电，保持充电电压为额定值，此时充电电流逐渐下降，当电流下降到设定电流的1/10时，充电结束。这一过程要求磁耦合式无线电能传输系统可以实现恒压、恒流输出以及两种输出模式的转换。除此以外，磁耦合式无线电能传输系统的系统参数在电能传输过程中容易受到其他因素的影响，如线圈的电感值受到温度变化的影响而变化，线圈发生偏移时线圈间耦合系数发生变化等。这些变化会造成系统谐振点发生偏移，引起系数输出大幅度波动，还会降低系统传输效率，为了优化工作过程中由谐振点偏移造成的系统
技术实现思路
1、本专利技术的目的是提供一种用于磁耦合式无线电能传输系统的控制方法，解决了磁耦合式无线电能传输系统在工作中存在的输出电压电流不稳定以及谐振频率点偏移导致系统失谐的问题。
2、本专利技术所采用的技术方案是，用于磁耦合式无线电能传输系统的控制方法，具体按照以下步骤实施：
3、步骤1、建立磁耦合式无线电能传输系统拓扑结构；
4、步骤2、设计基于移相控制的恒压恒流输出控制系统；
5、步骤3、设计兼容移相控制的频率跟踪组合控制方法。
6、本专利技术的特点还在于，
7、步骤1中磁耦合式无线电能传输系统拓扑结构具体为：
8、包括高频逆变器，高频逆变器由四个开关管s1、s2、s3、s4组成的两个半桥并联构成，其中，开关管s1和开关管s3串联构成一对桥臂，开关管s2和开关管s4构成一对桥臂；耦合线圈lp与电容cp串联后连接至高频逆变器输出端，耦合线圈ls与电容cs串联后连接至整流器输入端，整流器由四个二极管d1、d2、d3、d4组成的两个半桥并联构成，其中二极管d1和二极管d3串联构成一对桥臂，二极管d2和二极管d4串联构成一对桥臂，整流器接入负载rl，电路中的寄生电阻分别为rs和rp；
9、由基尔霍夫定律列出电压电流公式：
10、
11、其中，rp为一次侧等效电阻，rs为二次侧等效电阻，lp和ls分别为发射线圈电感和接收线圈电感，cp和cs分别为原边谐振补偿电容和副边谐振补偿电容，m为接收线圈和发射线圈间的互感，rl为负载，is和ip分别为接收线圈和发射线圈中的电流，ω为一次侧和二次侧两端的固有角频率；
12、无线电能传输系统实现谐振工作状态的条件为：
13、在系统工作在谐振状态时，接收线圈和发射线圈中的电流表示为：
14、
15、系统输出电压为：
16、
17、输出功率为：
18、
19、系统效率为：
20、
21、步骤2具体如下：
22、对全桥逆变电路输出电压进行傅里叶变换，得到移相角不同时，各次谐波有效值如下式：
23、
24、忽略高次谐波只考虑基波分量时，得到逆变器输出电压有效值us与输入直流电压uin的关系近似为：
25、
26、移相控制策略通过改变移相角，改变逆变器输出电压占空比，调节输入到谐振电路的能量，进而改变接收端接受到的能量，到达控制无线电能传输系统输出的目的，磁耦合式无线电能传输需要完成恒压、恒流工作模式的切换时，该控制策略通过对负载电压和负载电流进行检测，根据当前负载电压值选择当前无线电能传输系统的工作模式。
27、步骤3具体如下：
28、磁耦合式无线电能传输系统一次侧和二次侧的阻抗z1、z2为：
29、
30、
31、二次侧到一次侧的反射阻抗为：
32、
33、系统的输入阻抗为：
34、
35、整理得：
36、
37、则输入阻抗的阻抗角为：
38、
39、当阻抗角为零时，系统工作在谐振频率f0下，此时ω＝2πf0，当无线电能传输系统工作在谐振频率点时，逆变器输出电压和电流的相角差几乎为零，整个系统工作在较高的功率因数下，谐振频率与一次侧电感电容、二次侧电感电容、涡流阻抗、负载、互感系数、线圈阻抗均有关系；
40、利用交流电压采样器和交流电流采样器获取逆变器输出电压、电流信号，通过过零比较器转化为方波信号，利用鉴相器获取电压电流相位差，随后调节控制信号，最后产生逆变器驱动信号；
41、在组合控制系统中，电压电流控制移相控制，逆变器输出电压电路相位提取存在困难，通过测量补偿电容c1两端电压与逆变器输出电流i1之间的相位关系判断系统是否处于谐振状态。当系统处于谐振状态时，补偿电容c1两端电压uc1相位与逆变器输出电压u1相位相差90°，此时逆变器输出电压u1相位与逆变器输出电流i1相位相同，即系统处于谐振状态时，补偿电容两端电压uc1相位与逆变器输出电流i1相位相差90°。
42、本专利技术的有益效果是，利用本专利技术的控制方法，可以同时实现磁耦合式无线电能传输对输出电压电流控制以及谐振频率跟踪控制；本专利技术在高频逆变器使用多种控制方法，无需添加多余电路，通过对逆变器的控制实现了对电压电流输出以及频率跟踪控制。本专利技术可以通过移相角的调节简便的实现对系统输出电压电流大小的控制。
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1.用于磁耦合式无线电能传输系统的控制方法，其特征在于，具体按照以下步骤实施：
2.根据权利要求1所述的用于磁耦合式无线电能传输系统的控制方法，其特征在于，所述步骤1中磁耦合式无线电能传输系统拓扑结构具体为：
3.根据权利要求2所述的用于磁耦合式无线电能传输系统的控制方法，其特征在于，所述步骤2具体如下：
4.根据权利要求3所述的用于磁耦合式无线电能传输系统的控制方法，其特征在于，所述步骤3具体如下：
5.根据权利要求4所述的用于磁耦合式无线电能传输系统的控制方法，其特征在于，所述步骤3中，
【技术特征摘要】
1.用于磁耦合式无线电能传输系统的控制方法，其特征在于，具体按照以下步骤实施：
2.根据权利要求1所述的用于磁耦合式无线电能传输系统的控制方法，其特征在于，所述步骤1中磁耦合式无线电能传输系统拓扑结构具体为：
3.根据权利要求2所述的用于磁耦合式无...
【专利技术属性】
技术研发人员：杨磊，冯保祥，陈鑫泽，张元启，卜志学，田立业，文海兵，高翔，赵垚澎，同向前，
申请(专利权)人：西安理工大学，
类型：发明
国别省市：
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