电流相位检测用非接触互感器制造技术

本发明专利技术提供一种电流相位检测用非接触互感器，它由电流互感器和流压转换电路串联而成，所述电流互感器分为激励侧和测试侧，激励侧包括激励绕组和激励侧磁芯，测试侧包括测试绕组和测试侧磁芯，激励侧与测试侧之间留有气隙，待测电流流入激励绕组，所述测试绕组短接。通过将电流互感器的测试绕组短路，使得电流互感器测试绕组的短路电流与待测电流在松耦合和变气隙条件下始终满足线性关系，并通过流压转换电路得到同相位的电压信号。能够准确地在非接触电能传输系统的供电侧检测受电侧电流的相位信息，更加方便、可靠，适用于大多数电流相位检测场合。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种适用于非接触电能传输系统中的电流相位检测用非接触互感器，属于电流互感器或电能变换领域。
技术介绍
非接触供电是基于磁场耦合实现“无线供电”的新型电能传输模式，利用原副边完全分离的非接触变压器，通过高频磁场的耦合传输电能，使得能量传递过程中电能传输侧(简称供电侧)和电能接受侧(简称受电侧)无物理连接。与传统的接触式供电相比，非接触供电使用方便、安全，无火花及触电危险，无积尘和接触损耗，无机械磨损和相应的维护问 题，可适应多种恶劣天气和环境，便于实现自动供电。非接触供电技术因其特有的恶劣环境适应性、高安全性、少维护和方便性，在手机、机器人、人体植入设备、电动汽车等移动设备的供电场合，在油田、矿井、水下供电等环境恶劣或者易燃易爆场合均已得到了应用。在非接触电能传输系统中，供电侧和受电侧一般存在相对运动，会引起系统中的核心部件——非接触变压器的结构参数上的变化，从而导致其耦合系数、漏感、激磁电感等电路参数的变化，参数的变化不仅影响到输出性能，严重时还可能导致系统失控。这就要求非接触变换器的控制方法应能够适应电路变参数的特点，保证稳定性和良好的快速性。Qianghong Chen,“Characterization and Control of Self-Oscillating ContactlessResonant Converter with Fixed Voltage Gain，，，IPEMC, 2012 提出了适用于非接触变换器的一种自激控制方法，通过检测非接触变压器副边电流或者整流桥电流的相位，利用过零比较得到逆变桥开关管的驱动信号，使非接触变换器在变参数条件下自动工作在电压增益恒定的频率点，实现变负载和变气隙条件下输出基本恒定。该控制方法简单，且能自动快速响应于变换器的参数变化。在这种控制方案中，如何在供电侧来快速和准确地检测受电侧待测电流的相位信息，成为该控制方法优点得以充分体现的关键。其它许多控制方法也需要在供电侧检测受电侧电流的相位信息。如J. Huh, ff. Lee, G. H Cho, B. Lee, C. TRim, “Characterization of novel inductive power transfer systems for on-lineelectric vehicles”，APEC, 2011中提出当供电侧输入为恒流源输入,可通过使系统副边实现完全谐振来达到变负载条件下输出电压恒定的目的。变参数条件下，要实现副边完全谐振，就需要检测副边电流的相位信息。此外，副边谐振还是保证最大功率传输的条件，这同样需要检测副边电流的相位信息。可见，在供电侧检测受电侧的电流相位信息已成为许多非接触变换器控制方法得以实现的关键点之一。目前非接触电能传输系统中将受电侧待测信号反馈至供电侧的非接触信号反馈方式主要有红外线及射频等检测方式。这些方式都是有源检测方式，也就是信号检测部分需要供电和相应的有源变换电路。P. Si, A. P. Hu, J. ff. Hsu, M. Chiang, Y. Wang,S. Malpas and D. Budgerr, “Wireless power supply for implantable biomedicaldevice based on primary input voltage regulation，，，IEEE conference on IndustrialElectronics and Application, 2007, 235-239给出了采用射频方式在供电侧检测受电侧输出电压的结构框图，输出电压信息依次经过受电侧的模数转换芯片和无线电收发器，发出射频信号，在供电侧以无线电收发器接收射频信号，再经由数模转换芯片得到输出电压信息，其它有源检测方案结构类似。这些有源检测方案中，其检测元件放置于非接触电能传输系统的受电侧，由于受电侧存在电能供给的限制，使得有源检测方案的应用存在较大的局限性。例如，启动前，受电侧无电能供给，反馈信号失控会影响启动；启动过程中，受电侧供电不稳定，信号反馈失真，影响系统工作；负载动态变化时，受电侧供电受影响，也会干扰检测信号从而影响非接触电能传输系统的稳定、可靠工作。此外，有源检测方案采用多级式的处理方式，对于需要检测电流相位信息的场合，可能引起较大延迟或相位失真。因此，如何在受电侧采用无源方式检测电流相位信息并准确快速地反馈至供电侧成为了非接触电能传输系统中电流相位检测的难点。常规的电流无源检测方案为基于检测电阻的电流互感器。待测电流流入激励绕组，检测电阻并于测试绕组两端，通过获取检测电阻端电压，得到待测电流的数值或相位信息。常规电流互感器原副边绕组紧耦合，其激磁电感很大，漏感很小，因此检测电阻的电流及端电压与待测电流满足线性关系。但在非接触电能传输系统中，用于测量受电侧电流的电流互感器，其激励绕组和测试绕组同样要分处于受电侧和供电侧，绕组间松耦合，激磁电 感很小、漏感很大；此外，在变气隙条件下，电流互感器激磁电感及漏感数值均发生变化。采用松耦合电流互感器加电阻检测的方法，因测试绕组电流即电阻电流与待测电流间不再满足线性关系，无法用于检测待测电流的相位信息。如何在变气隙条件下，采用无源检测方式，准确地在供电侧检测受电侧电流的相位信息，是将来关注和设计的重点。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了克服有源检测方案应用的局限性，而采用无源检测方案设计的一种适应于非接触电能传输系统气隙变化的电流相位检测用非接触互感器。本专利技术的目的通过以下措施实现 一种电流相位检测用非接触互感器，由电流互感器(I)和流压转换电路(2 )串联而成，所述电流互感器(I)分为激励侧和测试侧，激励侧包括激励绕组(相当于原边绕组)和激励侧磁芯，测试侧包括测试绕组(相当于副边绕组)和测试侧磁芯，激励侧磁芯与测试侧磁芯独立，激励侧和测试侧磁芯之间留有气隙，待测电流流入激励绕组，测试绕组感应出电流。该电流互感器(I)的测试绕组短路(即短接)。所述电流互感器(I)的磁芯可采用E型、I型、U型、边沿扩展的U型等多种形状以及由以上形状组合拼接而成的磁芯，激励磁芯和测试磁芯采用的磁芯类型可不同。所述电流互感器(I)的磁芯可采用硅钢片、铁氧体、微晶、超微晶、坡莫合金等多种铁磁材料，也可采用空气(即不设磁芯，磁芯为空)、陶瓷、塑料等非导磁材料。所述电流互感器(I)中的激励绕组和测试绕组的导线可选用实心导线、Litz线、铜带、空心铜管或者PCB绕组等。所述流压转换电路(2)可采用霍尔传感器、紧耦合的电流互感器或罗氏线圈等把测试绕组电流转换为电压信号。流压转换电路即电流电压转换电路。本专利技术与现有非接触反馈方式相比具有如下优点本专利技术通过短路非接触互感器中电流互感器的测试绕组，使得测试侧的漏感与激磁电感相并联。由电流互感器原理，待测电流经激磁电感支路和测试侧漏感支路并联流通。两部分阻抗性质相同，待测电流按阻抗比例流入测试侧漏感支路，该电流即为测试绕组短路电流，所以测试绕组短路电流与待测电流存在线性关系。非接触电能传输系统气隙变化时，电流互感器参数发生变化，但是测试绕组短路的电流互感器其并联支路阻抗性质相同的特点并不改变，因而不会影响测试绕组电本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电流相位检测用非接触互感器，它由电流互感器（1）和流压转换电路（2）串联而成，所述电流互感器（1）分为激励侧和测试侧，激励侧包括激励绕组和激励侧磁芯，测试侧包括测试绕组和测试侧磁芯，激励侧与测试侧之间留有气隙，待测电流流入激励绕组，特征在于：所述测试绕组短接。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：陈乾宏，严开沁，侯佳，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：