基于頻率跟蹤的無(wú)線輸電系統(tǒng)zvs軟開關(guān)實(shí)現(xiàn)裝置及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及無(wú)線輸電系統(tǒng)軟開關(guān)技術(shù)領(lǐng)域，具體設(shè)及一種基于頻率跟蹤的無(wú)線輸 電系統(tǒng)ZVS軟開關(guān)實(shí)現(xiàn)裝置及方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 在禪合諧振式無(wú)線輸電系統(tǒng)中，橋式逆變器工作在高頻條件下，為了減少開關(guān)器 件損耗和解決直通的問(wèn)題，在同一橋臂上下開關(guān)器件驅(qū)動(dòng)信號(hào)間需插入死區(qū)時(shí)間，且系統(tǒng) 中引入的死區(qū)時(shí)間必須與諧振電流相位滯后控制相互匹配；此外，由于負(fù)載等參數(shù)變化而 引起的失諧現(xiàn)象將會(huì)降低系統(tǒng)傳輸效率和功率，由此軟開關(guān)運(yùn)行和頻率跟蹤成為了無(wú)線輸 電系統(tǒng)亟需解決的問(wèn)題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明的目的是提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低、 具有可靠死區(qū)時(shí)間的基于頻率跟蹤的無(wú)線輸電系統(tǒng)ZVS軟開關(guān)實(shí)現(xiàn)裝置。
[0004]本發(fā)明解決上述技術(shù)問(wèn)題的技術(shù)方案是；一種基于頻率跟蹤的無(wú)線輸電系統(tǒng)ZVS軟開關(guān)實(shí)現(xiàn)裝置，包括直流電壓源、逆變器、禪合器、整流器、負(fù)載、電流檢測(cè)電路、改進(jìn)型 SOGI-P化模塊、PWM驅(qū)動(dòng)模塊；直流電壓源經(jīng)逆變器、禪合器、整流器與負(fù)載相連，所述逆變 器的電流輸出端經(jīng)電流檢測(cè)電路與改進(jìn)型SOGI-P化模塊的信號(hào)輸入端相連，所述改進(jìn)型 SOGI-P化模塊的信號(hào)輸出端與PWM驅(qū)動(dòng)的控制信號(hào)輸入端相連，所述PWM驅(qū)動(dòng)的控制信號(hào) 輸出端與所述全橋逆變器的開關(guān)器件相連。
[0005]上述的基于頻率跟蹤的無(wú)線輸電系統(tǒng)ZVS軟開關(guān)實(shí)現(xiàn)裝置中，所述改進(jìn)型SOGI-P化模塊中包含正交信號(hào)發(fā)生器、坐標(biāo)變換器、自適應(yīng)增益調(diào)節(jié)器、正弦逆變器、PI控 制器和頻率、相位發(fā)生器；輸入信號(hào)經(jīng)正交信號(hào)發(fā)生器、坐標(biāo)變換器與自適應(yīng)增益調(diào)節(jié)器相 連，系統(tǒng)相位差控制參數(shù)A 分別經(jīng)正弦逆變器、自適應(yīng)增益調(diào)節(jié)后進(jìn)行比較再輸入PI 控制器，所述PI控制器與頻率、相位發(fā)生器相連，所述頻率、相位發(fā)生器的信號(hào)輸出端分別 與所述正交信號(hào)發(fā)生器、坐標(biāo)變換器相連。
[0006]上述的基于頻率跟蹤的無(wú)線輸電系統(tǒng)ZVS軟開關(guān)實(shí)現(xiàn)裝置中，所述禪合器由發(fā)射 端和接收端禪合而成，所述發(fā)射端由發(fā)射線圈和發(fā)射端諧振電容串聯(lián)構(gòu)成，所述接收端由 接收線圈和接收端諧振電容串聯(lián)構(gòu)成。
[0007]一種基于頻率跟蹤的無(wú)線輸電系統(tǒng)ZVS軟開關(guān)實(shí)現(xiàn)方法，包括W下步驟：
[0008] (1)采用電流檢測(cè)電路對(duì)全橋逆變器的輸出電流進(jìn)行檢測(cè)，為改進(jìn)型SOGI-P化模 塊提供輸入信號(hào)；
[0009]逆變器輸出電流信號(hào)如下：
[0010]
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種基于頻率跟蹤的無(wú)線輸電系統(tǒng)ZVS軟開關(guān)實(shí)現(xiàn)裝置，其特征在于，包括直流電 壓源、逆變器、耦合器、整流器、負(fù)載、電流檢測(cè)電路、改進(jìn)型SOGI-PLL模塊、PWM驅(qū)動(dòng)模塊； 直流電壓源經(jīng)逆變器、耦合器、整流器與負(fù)載相連，所述逆變器的電流輸出端經(jīng)電流檢測(cè)電 路與改進(jìn)型SOGI-PLL模塊的信號(hào)輸入端相連，所述改進(jìn)型SOGI-PLL模塊的信號(hào)輸出端與 PWM驅(qū)動(dòng)的控制信號(hào)輸入端相連，所述PWM驅(qū)動(dòng)的控制信號(hào)輸出端與所述全橋逆變器的開 關(guān)器件相連。
2. -種如權(quán)利要求1所述的基于頻率跟蹤的無(wú)線輸電系統(tǒng)ZVS軟開關(guān)實(shí)現(xiàn)裝置，其特 征在于，所述改進(jìn)型SOGI-PLL模塊中包含正交信號(hào)發(fā)生器、坐標(biāo)變換器、自適應(yīng)增益調(diào)節(jié) 器、正弦逆變器、PI控制器和頻率、相位發(fā)生器；輸入信號(hào)經(jīng)正交信號(hào)發(fā)生器、坐標(biāo)變換器 與自適應(yīng)增益調(diào)節(jié)器相連，系統(tǒng)相位差控制參數(shù)A分別經(jīng)正弦逆變器、自適應(yīng)增益調(diào)節(jié) 后進(jìn)行比較再輸入PI控制器，所述PI控制器與頻率、相位發(fā)生器相連，所述頻率、相位發(fā)生 器的信號(hào)輸出端分別與所述正交信號(hào)發(fā)生器、坐標(biāo)變換器相連。
3. -種如權(quán)利要求1所述的基于頻率跟蹤的無(wú)線輸電系統(tǒng)ZVS軟開關(guān)實(shí)現(xiàn)裝置，其特 征在于，所述耦合器由發(fā)射端和接收端耦合而成，所述發(fā)射端由發(fā)射線圈和發(fā)射端諧振電 容串聯(lián)構(gòu)成，所述接收端由接收線圈和接收端諧振電容串聯(lián)構(gòu)成。
4. 一種基于頻率跟蹤的無(wú)線輸電系統(tǒng)ZVS軟開關(guān)實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于，包括以下步 驟： (1) 采用電流檢測(cè)電路對(duì)全橋逆變器的輸出電流進(jìn)行檢測(cè)，為改進(jìn)型SOGI-PLL模塊提 供輸入信號(hào)； 逆變器輸出電流信號(hào)如下：
式中，Vn、n?'、'分別為n次諧波的幅值、角頻率以及初始相位； (2) 輸入信號(hào)經(jīng)正交信號(hào)發(fā)生器后變?yōu)?br>式中，V、0分別表示輸入信號(hào)的幅值、相位且其值分別等于一次諧波的幅值、相位，'、 ?'、分別表示一次諧波的幅值、角頻率以及初始相位； 其中，正交信號(hào)發(fā)生器的傳遞函數(shù)為
式中，k、《'分別為正交信號(hào)發(fā)生器的增益、中心頻率，中心頻率由頻率、相位發(fā)生 器提供； (3) 正交信號(hào)發(fā)生器的輸出信號(hào)經(jīng)坐標(biāo)變換后，其dq輸出為：
(4) 將系統(tǒng)相位差控制參數(shù)A0'dq分量^作為自適應(yīng)增益AG的調(diào)制參量，dq分量 \作為自適應(yīng)增益AG的輸入量，當(dāng)系統(tǒng)輸入信號(hào)v幅值為零時(shí)，vd為零，自適應(yīng)增益值為 1，當(dāng)輸入信號(hào)v幅值不為零時(shí)，vd不為零，自適應(yīng)增益值為輸入信號(hào)v幅值的倒數(shù)，其表達(dá) 式為： 自適應(yīng)增益AG
的輸出量為Vqunit，Vqunit=-sin(0'-0)，式中0'為改進(jìn)型SOGI-PLL模塊的輸出相位，單位dq分量vqunit的值唯一取決于系統(tǒng)相位差△ 0 = 0'-0 ; (5) 系統(tǒng)相位差控制參數(shù)A 經(jīng)正弦逆變器后生成單位dq分量控制參量v；^，通過(guò) 調(diào)節(jié)系統(tǒng)相位差控制參數(shù)△ 對(duì)單位dq分量vqunit進(jìn)行控制，進(jìn)而控制系統(tǒng)相位差，使得A9 = 9' - 9 =A9*； (6) 單位dq分量控制參量與單位dq分量行比較后輸入PI控制器，經(jīng)PI 控制器調(diào)節(jié)后輸入頻率、相位發(fā)生器，頻率、相位發(fā)生器的輸出信號(hào)為正交信號(hào)發(fā)生器、坐 標(biāo)變換器分別提供中心頻率與相位； (7) 基于鎖相環(huán)輸出相位的死區(qū)角度為：0 d=SsirrM，由常數(shù)d唯一確定，常數(shù)d范圍 為：0〈d〈l;通過(guò)調(diào)節(jié)無(wú)線輸電系統(tǒng)相位差角度大于死區(qū)角度同時(shí)小于系統(tǒng)最大相位差角 度A0_，g卩0d〈A0〈A0_，即可實(shí)現(xiàn)基于頻率跟蹤的無(wú)線輸電系統(tǒng)ZVS軟開關(guān)運(yùn)行。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于頻率跟蹤的無(wú)線輸電系統(tǒng)ZVS軟開關(guān)實(shí)現(xiàn)裝置及方法，所述裝置包括直流電壓源、逆變器、耦合器、整流器、負(fù)載、電流檢測(cè)電路、改進(jìn)型SOGI-PLL模塊、PWM驅(qū)動(dòng)模塊；直流電壓源經(jīng)逆變器、耦合器、整流器與負(fù)載相連，逆變器的電流輸出端經(jīng)電流檢測(cè)電路與改進(jìn)型SOGI-PLL的信號(hào)輸入端相連，改進(jìn)型SOGI-PLL的信號(hào)輸出端與PWM驅(qū)動(dòng)的控制信號(hào)輸入端相連，PWM驅(qū)動(dòng)的控制信號(hào)輸出端與全橋逆變器的開關(guān)器件相連。本發(fā)明引入直接相位控制方法以及基于鎖相環(huán)輸出相位的死區(qū)角度調(diào)制方法，通過(guò)精確調(diào)節(jié)系統(tǒng)相位差及死區(qū)角度，使無(wú)線輸電系統(tǒng)工作于準(zhǔn)諧振狀態(tài)，解決死區(qū)時(shí)間與諧振電流相位滯后控制匹配問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)ZVS軟開關(guān)運(yùn)行。
【IPC分類】H02J17-00, H02M3-335
【公開號(hào)】CN104702113
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510084358
【發(fā)明人】譚平安, 何海兵, 張希, 彭珍
【申請(qǐng)人】湘潭大學(xué)
【公開日】2015年6月10日
【申請(qǐng)日】2015年2月16日