CN104135085B - 一种无线电能传输设备发送端频率跟踪调谐方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种无线电能传输设备发送端频率跟踪调谐方法，它利用恒流控制条件下电路谐振时，升降压直-直变换器输出端的电压最小的原理来动态跟踪发送端的谐振频率，即通过不断微调逆变器工作频率跟踪升降压直-直变换器输出端的电压有效值，使电压有效值实时动态的处于最小值，从而使发送端电路更接近完全谐振状态，不仅降低了发送端的无功功率，也使发送端逆变器工作在软开关状态，减小了开关损耗。其调谐更精确、可靠，也即本发明的方法能实现更高精度的调谐，使发送端更接近理想的谐振状态，使其有功功率更高，更好的提高无线电能传输设备的传输功率和效率。
Description
技术领域
本发明涉及无线电能传输技术领域，尤其涉及感应式无线电能传输设备发送端频率跟踪调谐方法。
背景技术
无线电能传输技术，是一种新兴的电能传输技术，在为轨道车、电动汽车等移动设备供电时，无线电能传输技术克服了传统电能传输技术容易碳积、产生接触火花、插接操作麻烦等缺陷，而具备极大的发展潜力。
感应式无线电能传输方式以其具有大功率传输独特的优势，较其它无线电能传输技术，有着更好的发展和应用前景。感应式无线电能传输装置包括发送端和接收端两部分：第一部分是感应式无线电能传输装置的发送端，其组成和功能主要是：发送端通过整流器将工频交流电变成直流，在控制器的控制下通过升降压直-直变换器变换成所需的电压，随后由高频逆变器将直流变成高频交流电，高频交流电流在发送线圈中流动产生高频磁场；为了使发送线圈中的高频交变磁场恒定和系统稳定工作，通常在发送线圈与逆变器间串接电流传感器，电流传感器将检测出的发送线圈的电流值送给发送端控制器，由控制器对升降压直-直变换器的输出电压进行控制实现发送线圈的电流值的反馈控制。第二部分是感应式无线电能传输装置的接收端，其组成和功能主要是：接收端的接收线圈感应到发送线圈产生的高频交变磁场，在接收线圈中感生出高频的交流电，接收线圈中的高频交流电经过整流器整流成直流电，再逆变为负载所需(通常为工频)交流电，从而完成电能的无线传输。
由于接收线圈和发送线圈存在一定的间隔，二者为松耦合关系，发送线圈和接收线圈的漏感很大，使得发送线圈的无功功率增加，接收线圈的伏安等级降低，降低了电能的传输功率与传输效率。通常通过加入电容进行补偿，即电容与发送线圈或接收线圈线圈组成LC谐振振荡电路，使发送端逆变器工作在软开关条件下，同时能提高发送线圈和接收线圈的有功功率，降低系统传输的无功功率。
由于温、湿度等因素均会导致线路的阻抗发生变化，使得系统参数发生变化，导致发送端谐振频率发生变化，发送端的无功功率增加，降低了系统传输的有功功率。为使发送端始终工作在谐振状态，需使发送端逆变器的工作频率时刻跟踪发送端的谐振频率。
但现有的频率跟踪算法大多是采用硬件比较器实现逆变电压和电流相位差的测量，再控制逆变器的工作频率实现谐振频率的跟踪。由于高频噪声等其他原因使得电压、电流的相位差的测量误差较大，频率跟踪的效果较差。
发明内容
本发明的目的是提供一种无线电能传输设备发送端频率跟踪调谐方法，该方法能使升降压直-直变换器输出端保持在最小电压有效值下运行，即发送端电路更接近完全谐振状态，使发送端逆变器工作在软开关状态下，同时提高发送端的有功功率，进而提高无线电能传输设备的传输功率和效率。
本发明实现其发明目的所采用的技术方案是，一种基于最小电压的无线电能传输设备发送端频率跟踪调谐方法，其步骤为：
A、发送线圈的电流有效值的控制值设定为Ip；初始时，设定逆变器的额定工作频率为当前工作频率f0；
B、发送端控制器控制逆变器的工作频率为当前工作频率f0；同时，发送端控制器接收电流传感器传来的发送线圈的电流有效值的检测值Is，并据以调节发送端升降压直-直变换器的输出电压，使发送线圈电流有效值向电流控制值Ip逼近，直至电流传感器传来的电流有效值的检测值Is与电流有效值的控制值Ip相等时，发送端控制器记录电压传感器测出的升降压直-直变换器输出端的电压有效值为当前电压有效值U0；
C、发送端控制器根据设定的逆变器工作频率调节量△f，得到一个较小的工作频率f1，f1＝f0-△f和一个较大的工作频率f2，f2＝f0+△f；
D、发送端控制器控制逆变器的工作频率为f1；同时，发送端控制器接收电流传感器传来的发送线圈的电流有效值的检测值Is；并据以调节发送端升降压直-直变换器的输出电压，使发送线圈电流有效值向电流控制值Ip逼近，直至电流有效值的检测值Is与电流有效值的控制值Ip相等时，发送端控制器记录电压传感器测出的升降压直-直变换器输出端的电压有效值为小工作频率电压有效值U1；
随后，发送端控制器控制逆变器的工作频率为f2；同时，发送端控制器接收电流传感器传来的发送线圈的电流有效值的检测值Is；并据以调节发送端升降压直-直变换器的输出电压，使发送线圈电流有效值向电流控制值Ip逼近，直至电流有效值的检测值Is与电流有效值的控制值Ip相等时，发送端控制器记录电压传感器测出的升降压直-直变换器输出端的电压有效值为大工作频率电压有效值U2；
E、发送端控制器比较当前电压有效值U0、小工作频率电压有效值U1、大工作电压有效值U2的大小：如果其中的最小值为小工作频率电压有效值U1，则令当前工作频率f0＝f1，转B步；如果其中的最小值为大工作频率电压有效值U2，则令当前工作频率f0＝f2，转B步；如果其中的最小值为当前电压有效值U0，直接转B步。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
一、本发明只需检查升降压直-直变换器输出端的电压有效值，不用增加电压、电流相位检测电路就能使发送端工作在谐振状态，具有性能稳定、价格低廉、电路简单、便于集成、易于推广等优点。
二、本发明通过记录逆变器的工作频率及其测试出的升降压直-直变换器输出端的电压有效值；再将逆变器的工作频率分别向小、向大偏移设定的调节量，分别让逆变器工作在大工作频率和小工作频率条件下，并实际测出大工作频率和小工作频率对应的电压有效值；最后找出大、小工作频率和工作频率对应的电压有效值中的最小值，再以最小电压有效值对应的频率作为逆变器的工作频率。通过这样的一次或多次逼近即可使升降压直-直变换器输出端的电压有效值处于最小化，从而使发送端电路实时、动态地处于谐振状态或者谐振状态附近。
本发明利用恒流控制条件下电路谐振时，升降压直-直变换器输出端的电压最小的原理来动态跟踪发送端的谐振频率，不仅降低了发送端的无功功率，也使发送端逆变器工作在软开关状态，减小了开关损耗。其调谐更精确、可靠，也即本发明的方法能实现更高精度的调谐，使发送端更接近理想的谐振状态，其有功功率更高，更好的提高无线电能传输设备的传输功率和效率。
下面结合具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。
具体实施方式
实施例
本发明的一种具体实施方式是，一种基于最小电压的无线电能传输设备发送端频率跟踪调谐方法，其步骤为：
A、发送线圈的电流有效值的控制值设定为Ip；初始时，设定逆变器的额定工作频率为当前工作频率f0。
电流有效值的控制值Ip根据取电设备的取电要求而定；通常功率越大的取电设备其对应的电流有效值的控制值Ip越大，但不宜超出发送线圈的额定电流有效值。
B、发送端控制器控制逆变器的工作频率为当前工作频率f0；同时，发送端控制器接收电流传感器传来的发送线圈的电流有效值的检测值Is，并据以调节发送端升降压直-直变换器的输出电压，使发送线圈电流有效值向电流控制值Ip逼近，直至电流传感器传来的电流有效值的检测值Is与电流有效值的控制值Ip相等时，发送端控制器记录电压传感器测出的升降压直-直变换器输出端的电压有效值为当前电压有效值U0；
C、发送端控制器根据设定的逆变器工作频率调节量△f，得到一个较小的工作频率f1，f1＝f0-△f和一个较大的工作频率f2，f2＝f0+△f；
逆变器工作频率调节量△f通常取5-50Hz；调节量△f取值越大，调节速度越快，但调节精度越低；相反，调节量△f取值越小，调节速度越慢，但调节精度越高。
D、发送端控制器控制逆变器的工作频率为f1；同时，发送端控制器接收电流传感器传来的发送线圈的电流有效值的检测值Is；并据以调节发送端升降压直-直变换器的输出电压，使发送线圈电流有效值向电流控制值Ip逼近，直至电流有效值的检测值Is与电流有效值的控制值Ip相等时，发送端控制器记录电压传感器测出的升降压直-直变换器输出端的电压有效值为小工作频率电压有效值U1。
随后，发送端控制器控制逆变器的工作频率为f2；同时，发送端控制器接收电流传感器传来的发送线圈的电流有效值的检测值Is；并据以调节发送端升降压直-直变换器的输出电压，使发送线圈电流有效值向电流控制值Ip逼近，直至电流有效值的检测值Is与电流有效值的控制值Ip相等时，发送端控制器记录电压传感器测出的升降压直-直变换器输出端的电压有效值为大工作频率电压有效值U2；
E、发送端控制器比较当前电压有效值U0、小工作频率电压有效值U1、大工作电压有效值U2的大小：如果其中的最小值为小工作频率电压有效值U1，则令当前工作频率f0＝f1，转B步；如果其中的最小值为大工作频率电压有效值U2，则令当前工作频率f0＝f2，转B步；如果其中的最小值为当前电压有效值U0，直接转B步。
Claims (1)
1.一种基于最小电压的无线电能传输设备发送端频率跟踪调谐方法，其步骤为：
A、发送线圈的电流有效值的控制值设定为Ip；初始时，设定逆变器的额定工作频率为当前工作频率f0；
B、发送端控制器控制逆变器的工作频率为当前工作频率f0；同时，发送端控制器接收电流传感器传来的发送线圈的电流有效值的检测值Is，并据以调节发送端升降压直-直变换器的输出电压，使发送线圈电流有效值向电流控制值Ip逼近，直至电流传感器传来的电流有效值的检测值Is与电流有效值的控制值Ip相等时，发送端控制器记录电压传感器测出的升降压直-直变换器输出端的电压有效值为当前电压有效值U0；
C、发送端控制器根据设定的逆变器工作频率调节量Δf，得到一个较小的工作频率f1，f1＝f0-Δf和一个较大的工作频率f2，f2＝f0+Δf；
D、发送端控制器控制逆变器的工作频率为f1；同时，发送端控制器接收电流传感器传来的发送线圈的电流有效值的检测值Is；并据以调节发送端升降压直-直变换器的输出电压，使发送线圈电流有效值向电流控制值Ip逼近，直至电流有效值的检测值Is与电流有效值的控制值Ip相等时，发送端控制器记录电压传感器测出的升降压直-直变换器输出端的电压有效值为小工作频率电压有效值U1；
随后，发送端控制器控制逆变器的工作频率为f2；同时，发送端控制器接收电流传感器传来的发送线圈的电流有效值的检测值Is；并据以调节发送端升降压直-直变换器的输出电压，使发送线圈电流有效值向电流控制值Ip逼近，直至电流有效值的检测值Is与电流有效值的控制值Ip相等时，发送端控制器记录电压传感器测出的升降压直-直变换器输出端的电压有效值为大工作频率电压有效值U2；
E、发送端控制器比较当前电压有效值U0、小工作频率电压有效值U1、大工作频率电压有效值U2的大小：如果其中的最小值为小工作频率电压有效值U1，则令当前工作频率f0＝f1，转B步；如果其中的最小值为大工作频率电压有效值U2，则令当前工作频率f0＝f2，转B步；如果其中的最小值为当前电压有效值U0，直接转B步。
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