本实用新型专利技术公布了一种带自适应功率因数校正的非接触电能传输装置，该装置采用AC/DC/AC的能量转换形式，以二极管整流桥加半桥双开关的结构实现有源功率因数校正和谐振逆变的功能，并以三阶谐振网络结构实现了无功补偿和负载自适应的功能。装置的控制方法简单，仅需要在半桥双开关上施加频率恒定、占空比恒定的驱动信号。本实用新型专利技术解决了非接触电能传输技术中输出功率小、谐波污染大、负载适应性差等问题，可广泛用于工厂移动吊装设备、矿井采掘与运输设备、电力和地铁机车、易燃易爆气体的厂矿等各种场合。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）
【技术实现步骤摘要】
本技术涉及一种非接触电能传输装置及其控制方法，尤其涉及一种能够实现谐振逆变、提升输出功率、进行有源功率因数校正、可适应不同负载情况而保持系统稳定的非接触电能传输装置及其控制方法。
技术介绍
当前，在给移动的用电设备(如工厂移动吊装设备，矿井采掘与运输设备，电力和地铁机车，无轨电车、轻轨等城市载客交通工具)供电系统中，一般采用接触式电能直接传导方式(包括直接导线传输方式、滑动接触方式和滚动接触方式)。这种电能传输模式存在多种问题，譬如导线裸露、机构磨损、接触火花等，给安全供电带来很大的问题，尤其是在一些比较特殊的场合(譬如含有各种各样易燃易爆气体的厂矿、生产车间等)，接触电火花的存在可能给生产活动带来重大灾难。因此，随着人们生活以及生产活动范围的扩大，传统的导线直接接触式电能传输方式已经不能满足生产和生活的要求，人们迫切需要一种新型的电能传输形式来满足新型电气设备及各种特殊条件下的供电需求。非接触电能传输技术可以克服传统供电方法存在的诸如滑动磨损、接触火花、机构磨损和不安全裸露导体等局限。该技术将传统变压器的感应耦合磁路分开，实现供电电源与负载单元之间无物理连接的能量耦合，目前已发展出三大类非接触电能传输系统① 应用电磁感应原理，将两个线圈放置于临近位置，利用磁通量形成的媒介，在耦合线圈中产生电动势进行能量传输；②直接应用电波能量可以通过天线发送和接受的原理，在整流电路中将接收到的电波波形加以变换处理后利用；③利用电磁场的谐振方法(两个振动频率相同的物体能高效传输能量)，制作电磁共振器，一团线圈附在传送电力方，另一团在接受电力方，当传送方发出某特定频率的电磁波后，经过电磁场扩散到接受方，电力就实现了无线传导。非接触电能传输技术可被运用到多种工业场合中，但是开关频率的限制制约了非接触电能传输技术的进一步发展。这是因为将电能发射到空中，获得较高的耦合效率，要求较高的发射频率，而一般的IGBT等开关管频率上限也仅在几十kHz。开关管的使用频率提高到一定程度会引起系统效率的急剧下降，并有可能导致开关管烧毁。这样必须采用谐振变换器的方法，以最大程度的提高逆变后发射线圈中的电流频率。另外，在机械传动、轨道交通等场合中，用于驱动所需功率较高。要实现非接触电能传输技术在这些场合的运用，一个具有高功率输出的逆变器是必要的。有一些方法使逆变器功率大，其中最直接的较好办法是将系统输入电压提升。然而，一般情况下，单纯改变电能变换器上的输入电压在很大程度上会遇到成本和空间等实际使用条件多方面的困难。在非接触电能传输系统中需要有直流电压输入到逆变器，以产生高频发射电流从而进行非接触电能传输。但在实际使用中，通常难以找到直接的直流电源，在工业中使用的直流电压都由工频交流电整流而来。这样就带来了谐波的问题，特别是当非接触电能传输运用于大功率的场合时，引起的大电流谐波问题尤其明显。因此限制谐波危害程度，使其满足相关部门作出的相应的规定，也是非接触电能传输技术需要解决的问题。在固定频率的非接触电能传输系统中，运行频率为额定频率。要功率传输达到最大，次级补偿电容必须与该频率下的谐振补偿电容相等。但如果由于温升而引起电容下降， 传输功率必然会下降。为了保证输出功率，需要增大初级供电电流或电压，从而使视在功率增大。若采用变频控制器则可以使系统一直运行在电源端负载阻抗的零相角频率点。系统电源只需要提供系统中消耗的有功功率，降低了对电源的视在功率。但此时，出现的另一个问题是如果在频谱范围内，有多个零相角点存在时，那么就难以确定理想的控制点。当非接触电能传输系统的负载发生变化时，会直接导致其谐振频率的改变，这时系统的频率控制会发生混乱，导致系统不稳定。而当电源的运行频率偏离理想值到一定程度时，可能致使系统的功率传输能力大为下降。要保证系统的稳定性和增大功率传输能力， 就必须保证在各种负载情况下，系统仍能够自适应谐振。
技术实现思路
技术问题本技术的目的是克服现有非接触电能传输技术实现方案的不足， 提出一种能够实现谐振逆变、提升输出功率、进行有源功率因数校正、可适应不同负载情况而保持系统稳定的非接触电能传输装置。技术方案本技术的带自适应功率因数校正的非接触电能传输装置包括四个整流二极管即第一整流二极管、第二整流二极管、第三整流二极管、第四整流二极管组成第一不可控整流桥，第一不可控整流桥的输入端的一极通过输入电感连接到输入电源一极上，第一不可控整流桥输入端的另一极直接连接到输入电源另一极上，第一不可控整流桥的输出端并联稳压电容；两个逆变功率管即第一逆变功率管、第二逆变功率管串联组成逆变半桥，逆变半桥的两端为输入端且分别连接到稳压电容的两端，第一逆变功率管的两端并联第一缓冲电容，第二逆变功率管的两端并联第二缓冲电容；第二逆变功率管的两端为逆变半桥的输出端；两个滤波电容即第一滤波电容、第二滤波电容相串联接在第一不可控整流桥输入端，其公共点通过升压电感与逆变半桥的中点相连。 补偿元件即电容或电感与松耦合变压器一次侧串联，并连接在第二逆变功率管的两端；谐振电容与松耦合变压器一次侧并联。松耦合变压器二次侧与整流负载相连，也即四个整流二极管为第五整流二极管、 第六整流二极管、第七整流二极管、第八整流二极管组成第二不可控整流桥，松耦合变压器二次侧与第二不可控整流桥的输入端相连；滤波电感和第三滤波电容串联后连接到第二不可控整流桥的输出端；负载与第三滤波电容并联。松耦合变压二次侧与非整流负载相连，也即松耦合变压二次侧与第三滤波电容相连，负载与第三滤波电容并联。本技术的带自适应功率因数校正的非接触电能传输装置的控制方法为第一逆变功率管、第二逆变功率管上分别施加相同周期T的第一驱动信号、第二驱动信号，而且两个驱动信号频率恒定、占空比恒定；第一驱动信号、第二驱动信号不能同时施加；在每个驱动信号周期内T内，第一驱动信号施加的时间Tonl、第二驱动信号施加的时间Ton2、两信号之间死区时间Td之间满足关系I~0nl+T0n2+2Td=T ；调节施加时间Tonl、Ton2的长短来调节装置的输出电压和输出功率，通过增大施加时间比值Tonl/Ton2来升高输出电压和输出功率、减小施加时间比值Tonl/Ton2来降低输出电压和输出功率。有益效果(1)系统谐振逆变，开关管在开通和关断的过程中消耗的功率近似为零，也即开关损耗近似为零，实现了软开关的功能；(2)本装置电路具有boost变换器的功能，升高了直流母线电压从而提升了系统的输出功率；(3)输入电流很好的跟踪了输入电压，即电压与电流同相位，实现了功率因数校正的目的；(4)本装置对负载变化有一定的适应性，当负载为纯阻性、阻感性、阻容性、整流负载等情况时都能保持稳定的谐振逆变；(5)整个装置系统的结构比较简单，并且控制方便。附图说明图1非接触电能传输系统的原理示意图，图2本技术的结构示意图，图3本技术另一种实施方案的结构示意图，图4本技术的功率管驱动波形示意图图5本技术电路在输入电压为正半周时的工作过程示意图，图6本技术电路在输入电压为负半周时的工作过程示意图。图中有输入电源1、输入电感2、第一滤波电容3、第二滤波电容4、第一整流二极管5、第二整流二极管6、第三整流二极管7、第四整流二极管8、升本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．一种带自适应功率因数校正的非接触电能传输装置，其特征在于四个整流二极管即第一整流二极管（５）、第二整流二极管（６）、第三整流二极管（７）、第四整流二极管（８）组成第一不可控整流桥，第一不可控整流桥的输入端的一极通过输入电感（２）连接到输入电源（１）一极上，第一不可控整流桥输入端的另一极直接连接到输入电源（１）另一极上，第一不可控整流桥的输出端并联稳压电容（１０）；两个逆变功率管即第一逆变功率管（１１）、第二逆变功率管（１２）串联组成逆变半桥，逆变半桥的两端为输入端且分别连接到稳压电容（１０）的两端，第一逆变功率管（１１）的两端并联第一缓冲电容（１３），第二逆变功率管（１２）的两端并联第二缓冲电容（１４）；第二逆变功率管（１２）的两端为逆变半桥的输出端；两个滤波电容即第一滤波电容（３）、第二滤波电容（４）相串联接在第一不可控整流桥输入端，其公共点通过升压电感（９）与逆变半桥的中点（２５）相连。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：赵剑锋，闫安心，曹武，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：实用新型
国别省市：84
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