具有副邊電流相位檢測(cè)功能的改進(jìn)型非接觸變壓器的制造方法【
技術(shù)領(lǐng)域：
】[0001]本實(shí)用新型涉及一種適用于非接觸能量傳輸系統(tǒng)中使用的非接觸變壓器，屬于電流互感器或電能變換領(lǐng)域?！?br>背景技術(shù)：
】[0002]非接觸供電是基于磁場(chǎng)耦合實(shí)現(xiàn)"無線供電"的新型電能傳輸模式，利用原副邊完全分離的非接觸變壓器，通過高頻磁場(chǎng)的耦合傳輸電能，使得能量傳遞過程中電能傳輸側(cè)(簡(jiǎn)稱供電側(cè)）和電能接受側(cè)（簡(jiǎn)稱受電側(cè)）無物理連接。與傳統(tǒng)的接觸式供電相比，非接觸供電使用方便、安全，無火花及觸電危險(xiǎn)，無積塵和接觸損耗，無機(jī)械磨損和相應(yīng)的維護(hù)問題，可適應(yīng)多種惡劣天氣和環(huán)境，便于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)供電。非接觸供電技術(shù)因其特有的惡劣環(huán)境適應(yīng)性、高安全性、少維護(hù)和方便性，在手機(jī)、機(jī)器人、人體植入設(shè)備、電動(dòng)汽車等移動(dòng)設(shè)備的供電場(chǎng)合，在油田、礦井、水下供電等環(huán)境惡劣或者易燃易爆場(chǎng)合均已得到了應(yīng)用。[0003]在非接觸電能傳輸系統(tǒng)中，供電側(cè)和受電側(cè)一般存在相對(duì)運(yùn)動(dòng)，會(huì)引起系統(tǒng)中的核心部件一一非接觸變壓器的結(jié)構(gòu)參數(shù)上的變化，從而導(dǎo)致其耦合系數(shù)、漏感、激磁電感等電路參數(shù)的變化，參數(shù)的變化不僅影響到輸出性能，嚴(yán)重時(shí)還可能導(dǎo)致系統(tǒng)失控。這就要求非接觸變換器的控制方法應(yīng)能夠適應(yīng)電路變參數(shù)的特點(diǎn)，保證穩(wěn)定性和良好的快速性。XiaoyongRen,QianhongChen,LinglingCao,XinboRuan,Siu-chungffong,Chi.KTse,"CharacterizationandControlofSelf-OscillatingContactlessResonantConverterwithFixedVoltageGain"，IPEMC，2012提出了適用于非接觸變換器的一種自激控制方法，通過檢測(cè)非接觸變壓器副邊電流或者整流橋電流的相位，利用過零比較得到逆變橋開關(guān)管的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，使非接觸變換器在變參數(shù)條件下自動(dòng)工作在電壓增益恒定的頻率點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)變負(fù)載和變氣隙條件下輸出基本恒定。該控制方法簡(jiǎn)單，且能自動(dòng)快速響應(yīng)于變換器的參數(shù)變化。在這種控制方案中，如何在供電側(cè)來快速和準(zhǔn)確地檢測(cè)受電側(cè)待測(cè)電流的相位信息，成為該控制方法優(yōu)點(diǎn)得以充分體現(xiàn)的關(guān)鍵。其它許多控制方法也需要在供電側(cè)檢測(cè)受電側(cè)電流的相位信息。如J.Huh，W.Lee，G.HCho,B.Lee，C.TRim,"Characterizationofnovelinductivepowertransfersystemsforon-lineelectricvehicles",APEC,2011中提出當(dāng)供電側(cè)輸入為恒流源輸入，可通過使系統(tǒng)副邊實(shí)現(xiàn)完全諧振來達(dá)到變負(fù)載條件下輸出電壓恒定的目的。變參數(shù)條件下，要實(shí)現(xiàn)副邊完全諧振，就需要檢測(cè)副邊電流的相位信息。此外，副邊諧振還是保證最大功率傳輸?shù)臈l件，這同樣需要檢測(cè)副邊電流的相位信息。可見，在供電側(cè)檢測(cè)受電側(cè)的電流相位信息已成為許多非接觸變換器控制方法得以實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵點(diǎn)之一。[0004]目前非接觸電能傳輸系統(tǒng)中將受電側(cè)待測(cè)信號(hào)反饋至供電側(cè)的非接觸信號(hào)反饋方式主要有紅外線及射頻等檢測(cè)方式。這些方式都是有源檢測(cè)方式，也就是信號(hào)檢測(cè)部分需要供電和相應(yīng)的有源變換電路。P.Si,A.P.Hu，J.W.Hsu，M.Chiang，Y.Wang，S.MalpasandD.Budgerr，"Wirelesspowersupplyforimplantablebiomedicaldevicebasedonprimaryinputvoltageregulation''，IEEEconferenceonIndustrialElectronicsandApplication，2007,235-239給出了采用射頻方式在供電側(cè)檢測(cè)受電側(cè)輸出電壓的結(jié)構(gòu)框圖，輸出電壓信息依次經(jīng)過受電側(cè)的模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片和無線電收發(fā)器，發(fā)出射頻信號(hào)，在供電側(cè)以無線電收發(fā)器接收射頻信號(hào)，再經(jīng)由數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片得到輸出電壓信息，其它有源檢測(cè)方案結(jié)構(gòu)類似。這些有源檢測(cè)方案中，其檢測(cè)元件放置于非接觸電能傳輸系統(tǒng)的受電側(cè)，由于受電側(cè)存在電能供給的限制，使得有源檢測(cè)方案的應(yīng)用存在較大的局限性。例如，啟動(dòng)前，受電側(cè)無電能供給，反饋信號(hào)失控會(huì)影響啟動(dòng)；啟動(dòng)過程中，受電側(cè)供電不穩(wěn)定，信號(hào)反饋失真，影響系統(tǒng)工作；負(fù)載動(dòng)態(tài)變化時(shí)，受電側(cè)供電受影響，也會(huì)干擾檢測(cè)信號(hào)從而影響非接觸電能傳輸系統(tǒng)的穩(wěn)定、可靠工作。此外，有源檢測(cè)方案采用多級(jí)式的處理方式，對(duì)于需要檢測(cè)電流相位信息的場(chǎng)合，可能引起較大延遲或相位失真。因此，如何在受電側(cè)采用無源方式檢測(cè)電流相位信息并準(zhǔn)確快速地反饋至供電側(cè)成為了非接觸電能傳輸系統(tǒng)中電流相位檢測(cè)的難點(diǎn)。[0005]常規(guī)的電流無源檢測(cè)方案為基于檢測(cè)電阻的電流互感器。待測(cè)電流流入激勵(lì)繞組，檢測(cè)電阻并于測(cè)試?yán)@組兩端，通過獲取檢測(cè)電阻端電壓，得到待測(cè)電流的數(shù)值或相位信息。常規(guī)電流互感器原副邊繞組緊耦合，其激磁電感很大，漏感很小，因此檢測(cè)電阻的電流及端電壓與待測(cè)電流滿足線性關(guān)系。但在非接觸電能傳輸系統(tǒng)中，用于測(cè)量受電側(cè)電流的電流互感器，其激勵(lì)繞組和測(cè)試?yán)@組同樣要分處于受電側(cè)和供電側(cè)，繞組間松耦合，激磁電感很小、漏感很大；此外，在變氣隙條件下，電流互感器激磁電感及漏感數(shù)值均發(fā)生變化。采用松耦合電流互感器加電阻檢測(cè)的方法，因測(cè)試?yán)@組電流即電阻電流與待測(cè)電流間不再滿足線性關(guān)系，無法用于檢測(cè)待測(cè)電流的相位信息。[0006]為此，KaiqinYan,QianhongChen,JiaHou,ffenxianChen,XiaoyongRenandXinboRuanaSelf-OscillatingContactlessResonantConverterwithPhaseDetectionContactlessCurrentTransformer,"IEEEECCE,2013,pp.2920-2927給出的非接觸電流互感器通過將電流互感器的測(cè)試?yán)@組短路，使得測(cè)試側(cè)的漏感和勵(lì)磁電感相并聯(lián)。由電流互感器的T型等值電路可知，待測(cè)電流由理想變壓器按照匝比變換后經(jīng)激磁電感支路和測(cè)試側(cè)漏感支路并聯(lián)流通。待測(cè)電流按阻抗比例流入測(cè)試側(cè)漏感支路，由于兩部分阻抗性質(zhì)相同均為純電感，則流入測(cè)試側(cè)漏感支路的電流與待測(cè)電流成線性關(guān)系，所以測(cè)試?yán)@組的短路電流與待測(cè)電流存在線性關(guān)系。非接觸電能傳輸系統(tǒng)氣隙變化時(shí)，電流互感器參數(shù)發(fā)生變化，但是測(cè)試?yán)@組短路的電流互感器其并聯(lián)支路阻抗性質(zhì)相同的特點(diǎn)并不改變，因而不會(huì)影響測(cè)試?yán)@組電流與待測(cè)電流滿足線性關(guān)系的特性，僅會(huì)改變?cè)摼€性關(guān)系的比例系數(shù)。確保了松耦合和變氣隙條件下，采用電流互感器，在供電側(cè)準(zhǔn)確檢測(cè)受電側(cè)電流的相位信息。[0007]采用獨(dú)立的非接觸電流互感器檢測(cè)受電側(cè)變壓器繞組的電流，雖然能夠在供電側(cè)對(duì)受電側(cè)電流相位進(jìn)行無源檢測(cè)，但系統(tǒng)中需要額外增加元件--非接觸電流互感器。這增加了器件的個(gè)數(shù)，不利于系統(tǒng)功率密度的提高。同時(shí)，引入獨(dú)立的非接觸電流互感器要將其勵(lì)磁側(cè)繞組與承擔(dān)功率傳輸功能的非接觸變壓器的次級(jí)串聯(lián)，改變了次級(jí)側(cè)的電路參數(shù)，次級(jí)補(bǔ)償電容需要重新設(shè)計(jì)，同樣設(shè)計(jì)條件下引入非接觸電流互感器還會(huì)增加次級(jí)補(bǔ)償電容的電壓應(yīng)力。另外，為了保證副邊電流的測(cè)試精度，要減小非接觸變壓器和電流互感器的磁場(chǎng)耦合，這需要將非接觸變壓器和電流互感器之間保持一定距離并采用屏蔽技術(shù)。顯然，這也不利于系統(tǒng)尺寸的降低。能否不用獨(dú)立的電流互感器，直接利用非接觸變壓器自身同時(shí)實(shí)現(xiàn)電能傳輸和副邊電流相位的檢測(cè)成為研宄的一個(gè)方向?！?br/>發(fā)明內(nèi)容】[0008]本實(shí)用新型的目的是為了克服上述結(jié)構(gòu)的缺點(diǎn)，提出了一種能實(shí)現(xiàn)上述功能的基礎(chǔ)上，不需要獨(dú)立的非接觸電流互感器的改進(jìn)型非接觸變壓器。[0009]本實(shí)用新型目的通過以下措施實(shí)現(xiàn)：[0010]一種具有副邊電流相位檢測(cè)功能的改進(jìn)型非接觸變壓器改進(jìn)型非接觸變壓器，該非接觸變壓器包括原邊和副邊，原邊包括原邊磁芯和原邊繞組，副邊包括副邊磁芯和副邊繞組，所述原邊還包括測(cè)試?yán)@組和流壓轉(zhuǎn)換電路，該測(cè)試?yán)@組和原邊繞組共用原邊磁芯，且該測(cè)試?yán)@組短接，測(cè)試?yán)@組的輸出接入流壓轉(zhuǎn)換電路。[0011]本實(shí)用新型的進(jìn)一步設(shè)計(jì)在于：[0012]所述原邊繞組由一個(gè)繞組或者多個(gè)繞組順向或者反向串并聯(lián)組合構(gòu)成，副邊繞組由一個(gè)繞組或者多個(gè)繞組串并聯(lián)組合構(gòu)成，測(cè)試?yán)@組由一個(gè)繞組或者多個(gè)繞組順向串聯(lián)或者反向串聯(lián)組合構(gòu)成。[0013]通過調(diào)節(jié)原邊繞組和測(cè)試?yán)@組各部分的連接關(guān)系，使得原邊繞組和測(cè)試?yán)@組各部分磁通耦合相對(duì)當(dāng)前第1頁1 2 3