CN112366835A - 一种双端供电的无线电能传输*** - Google Patents

一种双端供电的无线电能传输*** Download PDF

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Abstract

一种双端供电的无线电能传输***，其发射部分中：直流电源E1、高频逆变器H1、补偿器S1、补偿电感L1以及补偿电容C1依次连接组成T型供电电路I，直流电源E2、高频逆变器H2、补偿器S2、补偿电感L2以及补偿电容C2依次连接组成T型供电电路II。供电电路I、发射线圈P、补偿电容C以及供电电路II依次串联连接，直流电源E1和直流电源E2可为独立电源或同一母线电源，供电电路I和供电电路II分别放置于发射线圈P的两端。当***进行双端供电时，第一切除开关Q1和第二切除开关Q2同时断开，当供电电路发生故障时，可通过相应切除开关将故障电路切除，另一供电电路独立供电，保障***正常运行。

Description

一种双端供电的无线电能传输***
技术领域
本发明涉及一种双端供电的感应式无线电能传输***。
背景技术
现有轨道交通车辆多采用受电弓或者第三轨方式供电。由于轨道交通车辆运行时，受电弓或者第三轨摩擦容易产生碳积，导致接触不良，车辆脱网断电，降低了供电***的可靠性，也影响车辆供电***设备使用寿命，而且受电弓或者第三轨需要高额的维护成本。应用电磁感应原理的感应电能传输实现了电能无接触传递，解决了接触供电产生火花、摩擦、碳积等问题，避免了潮湿、水下等环境用电设备存在电击的潜在危险，具有安全，可靠，方便，无污染等优点，能够取代既有电气化交通设备受电弓加接触网或者第三轨供电模式，可极大地提高供电安全性和可靠性。
现有的感应式无线电能传输***的主要构成及工作过程为：工频交流电经过整流获得直流电压，然后经过高频逆变后产生高频交流电，注入发射线圈产生高频交变磁场；接收线圈通过电磁感应获得感应电动势，然后通过高频整流后获得直流电，并向负载提供电能。
在轨道交通长距离供电领域，根据地面高频逆变器配置方案，现有的供电***可分为集中式和分散式供电。集中式供电是通过一台大功率容量的高频电源通过切换开关分别向发射线圈供电，分散式供电是通过多台容量较小的高频逆变器分别向分段的发射线圈供电，双端供电结构是将高频逆变器布置与发射线圈两端并同时向同一个发射线圈供电。相对于集中供电和分散供电，双端供电能够减少馈线电缆的长度，减小***额外损耗，提高***工作效率；减小单台供电电源的功率容量；当供电电路发生故障时***能够将故障电路切除并由另一个供电电路独立供电，保障***正常运行。
中国专利201610318334.2“感应耦合电能传输***双端供电电源控制方法”公开了一种无线电能传输双端供电结构以及输出功率和电流控制方法，但该***可等效为高频电源输出端并联，***需要与发射线圈同等长度的馈线电缆。此外，现有文献中对于无线能量传输的双端供电技术未见报道。
中国专利201510130015.4“双线并绕的无线电能传输***及其输出功率分配方法”公开了一种双线并绕的无线电能传输***及其输出功率分配方法。但该***两个并绕的发射线圈输入端分别与两个逆变器相连接，该结构无法实现双端供电,同时，如果一套供电***出现故障，***输出功率将下降，无法保证***正常运行。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的缺点，提出一种双端供电的无线电能传输***及其故障切除方法，本发明在长距离供电的无线能量传输***双端供电，单个供电***发生故障时，双端供电的无线电能传输***能够将故障电路切除并保证***正常运行，有效提高了供电***可靠性。
本发明适用于长距离供电的无线电能传输***，特别是大功率、大电流的长距离的无线电能传输***，如轨道交通无线电能传输***，本发明效率高，可靠性高。
本发明实现其发明目的所采用的技术方案是：
一种双端供电的无线电能传输***，由发射部分和接收部分组成。
所述接收部分包括依次连接的接收线圈、接收侧补偿电容、整流滤波电路和负载。
所述发射部分包括供电电路I、供电电路II、发射线圈P、补偿电容C以及故障切除开关组成。直流电源E1、高频逆变器H1、补偿器S1、补偿电感L1以及补偿电容C1依次连接组成T型供电电路I，直流电源E2、高频逆变器H2、补偿装置S2、补偿电感L2以及补偿电容C2依次连接组成T型供电电路II，直流电源E1和直流电源E2为幅值相等的直流电源或者为同一直流电源，供电电路I与发射线圈P、补偿电容C和以及供电电路II依次串联连接，组成双端供电的无线电能传输***，供电电路I和供电电路II分别放置于发射线圈的两端，补偿电容C包括补偿电容Cp1和补偿电容Cp2。第一切除开关Q1与供电电路I输出端并联，第二切除开关Q2与供电电路II的输出端并联；第一切除开关Q1的控制端与控制器K1相连接，第二切除开关Q2的控制端与控制器K2相连接。当双端供电的无线电能传输***进行双端供电时，第一切除开关Q1和第二切除开关Q2同时断开，高频逆变器H1和高频逆变器H2同时供电，高频逆变器H1和高频逆变器H2工作频率相等且输出电压相位相差180度。
所述发射线圈P包括发射线圈Lp1和发射线圈Lp2，且发射线圈Lp1和发射线圈Lp2并联绕制，发射线圈Lp1的一端与供电电路I的一端相连接，发射线圈Lp1的另一端与补偿电容Cp1串联后与供电电路II的一端相连接；发射线圈Lp2的一端与供电电路I的另一端相连接，发射线圈Lp2的另一端与补偿电容Cp2串联后与供电电路II的另一端相连接。
所述双端供电的无线电能传输***的故障切除方法，当供电电路I发生故障时，控制器K1控制第一切除开关Q1闭合，将供电电路I切除，控制器K2控制第二切除开关Q2保持断开状态，双端供电的无线电能传输***由供电电路II独立供电；当供电电路II发生故障时，控制器K2控制第二切除开关Q2闭合，将供电电路II切除，控制器K1控制第一切除开关Q1保持断开状态，双端供电的无线电能传输***由供电电路I独立供电。
所述的补偿器S1的阻抗值
Figure BDA0002766940490000031
和补偿器S2的阻抗值
Figure BDA0002766940490000032
由式(1)确定：
Figure BDA0002766940490000033
式(1)中，
Figure BDA0002766940490000034
为直流电源E1和直流电源E2的输出电压值，VL为接收侧直流输出设定电压，ω为***工作角频率，M为接收线圈Ls与发射线圈Lp1的互感值以及接收线圈Ls与发射线圈Lp2间的互感值，接收线圈Ls与发射线圈Lp1的互感值、接收线圈Ls与发射线圈Lp2间的互感值相等，均为M，j为虚数符号。
所述补偿电感L1的电感值
Figure BDA0002766940490000035
和补偿电感L2的电感值
Figure BDA0002766940490000036
由式(2)确定：
Figure BDA0002766940490000037
式(2)中，
Figure BDA0002766940490000038
为直流电源E1和直流电源E2的输出电压值，VL为接收侧直流输出设定电压，M为接收线圈Ls与发射线圈Lp1的互感值以及接收线圈Ls与发射线圈Lp2间的互感值，接收线圈Ls与发射线圈Lp1的互感值、接收线圈Ls与发射线圈Lp2间的互感值相等，均为M。
所述补偿电容C1的容值
Figure BDA0002766940490000039
和补偿电容C2的容值
Figure BDA00027669404900000310
由式(3)确定：
Figure BDA00027669404900000311
式(3)中，
Figure BDA00027669404900000312
为直流电源E1和直流电源E2的输出电压值，VL为接收侧直流输出设定电压，ω为***工作角频率，M为接收线圈Ls与发射线圈Lp1的互感值以及接收线圈Ls与发射线圈Lp2间的互感值，接收线圈Ls与发射线圈Lp1的互感值、接收线圈Ls与发射线圈Lp2间的互感值相等，均为M。
所述补偿电容Cp1的容值
Figure BDA00027669404900000313
由式(4)确定：
Figure BDA00027669404900000314
式(4)中，ω为***工作角频率，
Figure BDA00027669404900000315
为发射线圈Lp1的电感值，Mpp为发射线圈Lp1以及发射线圈Lp2间的互感值。
所述补偿电容Cp2的容值
Figure BDA00027669404900000316
由式(5)确定：
Figure BDA0002766940490000041
式(5)中，ω为***工作角频率，
Figure BDA0002766940490000042
为发射线圈Lp2的电感值，Mpp为发射线圈Lp1和发射线圈Lp2间的互感值。
当双端供电的无线电能传输***进行双端供电时，控制器K1控制第一切除开关Q1断开，控制器K2控制第二切除开关Q2断开，高频逆变器H1和高频逆变器H2同时向发射线圈供电，两个高频逆变器工作频率相等，输出电压相位相差180度。
当供电电路I发生故障时，控制器K1控制第一切除开关Q1闭合，将供电电路I切除，控制器K2控制第二切除开关Q2保持断开状态，双端供电的无线电能传输***由供电电路II独立供电；
当供电电路II发生故障时，控制器K2控制第二切除开关Q2闭合，将供电电路II切除，控制器K1控制第一切除开关Q1保持断开状态，双端供电的无线电能传输***由供电电路I独立供电。
本发明双端供电的无线电能传输***理论分析和电路原理如下：
根据***双端供电时的等效电路，基于基尔霍夫定律可得***各电气量之间的关系为：
Figure BDA0002766940490000043
式(6)中，
Figure BDA0002766940490000044
为高频逆变器H1输出电压基波分量，
Figure BDA0002766940490000045
为高频逆变器H2输出电压基波分量，ω为***工作角频率，j为虚数符号，
Figure BDA0002766940490000046
为补偿器S1的阻抗值，
Figure BDA0002766940490000047
为补偿器S1的阻抗值，
Figure BDA0002766940490000048
为补偿器S2的阻抗值，
Figure BDA0002766940490000049
为补偿电容C1的容值，
Figure BDA00027669404900000410
为补偿电容C2的容值，
Figure BDA00027669404900000411
为补偿电感L1的感值，
Figure BDA0002766940490000051
为补偿电容L2的感值，
Figure BDA0002766940490000052
为发射线圈Lp1的电感值，
Figure BDA0002766940490000053
为发射线圈Lp2的电感值，Mpp为发射线圈Lp1和发射线圈Lp2间的互感，M为接收线圈Ls与发射线圈Lp1的互感值以及接收线圈Ls与发射线圈Lp2间的互感值，接收线圈Ls与发射线圈Lp1的互感值、接收线圈Ls与发射线圈Lp2间的互感值相等，均为M，
Figure BDA0002766940490000054
为接收线圈Ls的电感值，
Figure BDA0002766940490000055
为接收侧补偿电容Cs的容值，
Figure BDA0002766940490000056
为高频逆变器H1输出电流，
Figure BDA0002766940490000057
为补偿电容C1流过电流，
Figure BDA0002766940490000058
为发射线圈Lp1的电流，
Figure BDA0002766940490000059
为高频逆变器H2输出电流，
Figure BDA00027669404900000510
为补偿电容C2流过电流，
Figure BDA00027669404900000511
为发射线圈Lp2的电流。
根据电路基本知识，高频逆变器H1输出电压基波分量
Figure BDA00027669404900000512
与直流电源输出电压
Figure BDA00027669404900000513
的关系式为：
Figure BDA00027669404900000514
式(7)中，
Figure BDA00027669404900000515
为直流电源E1的输出电压。
根据电路基本知识，高频逆变器H2输出电压基波分量
Figure BDA00027669404900000516
与直流电源输出电压
Figure BDA00027669404900000517
的关系式为：
Figure BDA00027669404900000518
式(8)中，
Figure BDA00027669404900000519
为直流电源E2的输出电压。
在供电电路I和供电电路II中，为保证供电电路I和供电电路II结构对称，电路中各对应参数须相等，发射线圈Lp1和发射线圈Lp1并联绕制且结构对称，所以***中各电气参量存在一下关系式：
Figure BDA00027669404900000520
式(9)中，
Figure BDA00027669404900000521
为补偿器S1的阻抗值，
Figure BDA00027669404900000522
为补偿器S2的阻抗值，
Figure BDA00027669404900000523
为补偿电容C1的容值，
Figure BDA00027669404900000524
为补偿电容C2的容值，
Figure BDA00027669404900000525
为补偿电感L1的感值，
Figure BDA00027669404900000526
为补偿电容L2的感值，
Figure BDA00027669404900000527
为发射线圈Lp1的电感值，
Figure BDA00027669404900000528
为发射线圈Lp2的电感值，Mp1s为接收线圈与发射线圈Lp1的互感值，Mp2s为接收线圈与发射线圈Lp2的互感值，
Figure BDA00027669404900000529
为直流电源E1输出电压值，
Figure BDA00027669404900000530
为直流电源E2的输出电压值。
为使***保持谐振状态，***各电气量需要满足一下条件：
Figure BDA0002766940490000061
式(10)中，j为虚数符号，ω为***工作角频率，
Figure BDA0002766940490000062
为补偿器S1的阻抗值，
Figure BDA0002766940490000063
为补偿器S2的阻抗值，
Figure BDA0002766940490000064
为补偿电容C1的容值，
Figure BDA0002766940490000065
为补偿电容C2的容值，
Figure BDA0002766940490000066
为补偿电感L1的感值，
Figure BDA0002766940490000067
为补偿电容L2的感值，
Figure BDA0002766940490000068
为接收线圈Ls的电感值，
Figure BDA0002766940490000069
为接收侧补偿电容Cs的容值，
Figure BDA00027669404900000610
为发射线圈Lp1的电感值，
Figure BDA00027669404900000611
为发射线圈Lp2的电感值，
Figure BDA00027669404900000612
为发射线圈Lp1的电流，
Figure BDA00027669404900000613
为发射线圈Lp2的电流，Mpp为发射线圈Lp1和发射线圈Lp2间的互感。
由于直流电源E1的输出电压与直流电源E2的输出电压值相等，因此采用
Figure BDA00027669404900000614
表示直流电源E1和直流电源E2的输出电压即：
Figure BDA00027669404900000615
由式(6)、式(7)、式(8)、式(9)、式(10)和式(11)可得，发射线圈Lp1的电流
Figure BDA00027669404900000616
和发射线圈Lp2的电流
Figure BDA00027669404900000617
的表达式为：
Figure BDA00027669404900000618
式(12)中，
Figure BDA00027669404900000619
为直流电源E1和直流电源
Figure BDA00027669404900000620
的输出电压值，π为圆周率，ω为***工作角频率，j为虚数符号，
Figure BDA00027669404900000621
为补偿器S1的阻抗值，
Figure BDA00027669404900000622
为补偿电容C1的容值，
Figure BDA00027669404900000623
为补偿器S2的阻抗值，
Figure BDA00027669404900000624
为补偿电容C2的容值。
由于供电电路I和供电电路II***各电气量参数一致，因此发射线圈Lp1的电流
Figure BDA00027669404900000625
和发射线圈Lp2的电流
Figure BDA0002766940490000071
的相位和幅值完全相同，即
Figure BDA0002766940490000072
接收线圈Ls的感应电压
Figure BDA0002766940490000073
的表达式为：
Figure BDA0002766940490000074
式(13)中，M为接收线圈Ls与发射线圈Lp1的互感值以及接收线圈Ls与发射线圈Lp2间的互感值，接收线圈Ls与发射线圈Lp1的互感值、接收线圈Ls与发射线圈Lp2间的互感值相等，均为M，ω为***工作角频率，j为虚数符号，
Figure BDA0002766940490000075
为发射线圈Lp1的电流，
Figure BDA0002766940490000076
为发射线圈Lp2的电流。
由于发射线圈Lp1的电流
Figure BDA0002766940490000077
与发射线圈Lp2的电流
Figure BDA0002766940490000078
幅值和相位完全一致，因此接收线圈感应电压可表示为：
Figure BDA0002766940490000079
式(14)中，j为虚数符号，ω为***工作角频率，
Figure BDA00027669404900000710
为发射线圈Lp1的电流，
Figure BDA00027669404900000711
为发射线圈Lp2的电流，M为接收线圈Ls与发射线圈Lp1的互感值以及接收线圈Ls与发射线圈Lp2间的互感值，接收线圈Ls与发射线圈Lp1的互感值、接收线圈Ls与发射线圈Lp2间的互感值相等，均为M。
接收线圈Ls的感应电压
Figure BDA00027669404900000712
与***直流电压VL的关系式为：
Figure BDA00027669404900000713
式(15)中，VL为设定的输出直流电压。
根据式(12)、式(14)和式(15)可得，供电电路I的补偿器S1的阻抗值
Figure BDA00027669404900000714
和供电电路II的补偿器S2的阻抗值
Figure BDA00027669404900000715
由式(16)确定：
Figure BDA00027669404900000716
式(16)中，
Figure BDA00027669404900000717
为直流电源E1和直流电源
Figure BDA00027669404900000718
的输出电压值，ω为***工作角频率，j为虚数符号，VL为设定的输出直流电压，M为接收线圈Ls与发射线圈Lp1的互感值以及接收线圈Ls与发射线圈Lp2间的互感值，接收线圈Ls与发射线圈Lp1的互感值、接收线圈Ls与发射线圈Lp2间的互感值相等，均为M。
根据式(12)、式(14)和式(15)可得，供电电路I中的补偿电容C1的容值
Figure BDA00027669404900000719
和供电电路II中的补偿电容C2的容值
Figure BDA00027669404900000720
由式(17)确定：
Figure BDA0002766940490000081
式(17)中，
Figure BDA0002766940490000082
为直流电源E1和直流电源
Figure BDA0002766940490000083
的输出电压值，ω为***工作角频率，VL为设定的输出直流电压，M为接收线圈Ls与发射线圈Lp1的互感值以及接收线圈Ls与发射线圈Lp2间的互感值，接收线圈Ls与发射线圈Lp1的互感值、接收线圈Ls与发射线圈Lp2间的互感值相等，均为M。
根据式(10)和式(17)可得，供电电路I的补偿电感L1的电感值
Figure BDA0002766940490000084
和供电电路II的补偿电感L2的电感值
Figure BDA0002766940490000085
由式(18)确定：
Figure BDA0002766940490000086
式(18)中，
Figure BDA0002766940490000087
为直流电源E1和直流电源
Figure BDA0002766940490000088
的输出电压值，VL为设定的输出直流电压，M为接收线圈Ls与发射线圈Lp1的互感值以及接收线圈Ls与发射线圈Lp2间的互感值，接收线圈Ls与发射线圈Lp1的互感值、接收线圈Ls与发射线圈Lp2间的互感值相等，均为M。
为使***保持谐振状态，发射线圈Lp1的电感值
Figure BDA0002766940490000089
发射线圈Lp1与发射线圈Lp2间的互感值Mpp、补偿电容Cp1的容值
Figure BDA00027669404900000810
需要保持完全谐振状态，发射线圈Lp2的电感值
Figure BDA00027669404900000811
发射线圈Lp1与发射线圈Lp2间的互感值Mpp、补偿电容Cp1的容值
Figure BDA00027669404900000812
需要保持完全谐振状态，存在以下关系式：
Figure BDA00027669404900000813
式(19)中，j为虚数符号，ω为***工作角频率，
Figure BDA00027669404900000814
为发射线圈Lp1的感值，
Figure BDA00027669404900000815
为发射线圈Lp2的感值，
Figure BDA00027669404900000816
为补偿电容Cp1的容值，
Figure BDA00027669404900000817
为补偿电容Cp2的容值，Mpp为发射线圈Lp1和发射线圈Lp2间的互感值。
由于发射线圈Lp1的电流
Figure BDA00027669404900000818
与发射线圈Lp2的电流
Figure BDA00027669404900000819
幅值和相位完全相等，根据式(19)可得补偿电容Cp1的容值
Figure BDA00027669404900000820
和补偿电容Cp2的容值
Figure BDA00027669404900000821
由式(20)确定：
Figure BDA00027669404900000822
式(20)中，ω为***工作角频率，
Figure BDA0002766940490000091
为发射线圈Lp1的电感值，
Figure BDA0002766940490000092
为发射线圈Lp2的电感值，Mpp为发射线圈Lp1和发射线圈Lp2间的互感值。
当双端供电的无线电能传输***进行双端供电时，供电电路I和供电电路II从发射线圈P的两端同时向发射线圈P供电。当供电电路I发生故障时，控制器K1控制第一切除开关Q1闭合，将供电电路I切除，控制器K2控制第二切除开关Q2保持断开状态，双端供电的无线电能传输***由供电电路II独立供电。当供电电路II发生故障时，控制器K2控制第二切除开关Q1闭合，将供电电路II切除，控制器K1控制第一切除开关Q1保持断开状态，双端供电的无线电能传输***由供电电路I独立供电。
与现有技术相比，本发明的优势在于：
一、双端供电的无线电能传输***其供电电路分别布置于发射线圈的两端，无线电能传输***输出功率由发射线圈两端的供电电路提供，能够减小单个供电电路功率容量，降低***成本。
二、当供电电路I出现故障时，控制器K1控制第一切除开关Q1闭合，供电电路I被切除，控制器K2控制第二切除开关Q2保持断开状态，并控制供电电路II独立供电，***可正常运行。若供电电路II出现故障，控制器K2控制第二切除开关Q2闭合，供电电路II被切除，控制器K1控制第一切除开关Q1保持断开状态，并控制供电电路I独立供电，***能够正常运行，从而实现故障切除，提高***的可靠性。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的说明；
图1为本发明双端供电的无线电能传输***电路结构示意图；
图2为双端供电的无线电能传输***双端供电时的***等效电路；
图3为供电电路II发生故障时，供电电路I独立供电时***电路结构示意图；
图4为供电电路II发生故障时，供电电路I独立供电时***等效电路图。
具体实施方式
如图1所示，本发明双端供电的无线电能传输***由发射部分和接收部分组成；接收部分包括依次串联连接的接收线圈LS、接收侧补偿电容CS、整流滤波电路D和负载RL；发射部分包括：直流电源E1、高频逆变器H1、补偿器S1、补偿电感L1以及补偿电容C1依次连接组成供电电路I；直流电源E2、高频逆变器H2、补偿器S2、补偿电感L2以及补偿电容C2依次连接组成供电电路II。直流电源E1和直流电源E2可为电压幅值相等的独立电源或接入同一电源。供电电路I与发射线圈P、补偿补偿电容C以及供电电路II依次连接组成双端供电电路，补偿电容C包含补偿电容Cp1和补偿电容Cp2，第一切除开关Q1与供电电路I输出端并联，第一切除开关Q1端与控制器K1相连接；第二切除开关Q2与供电电路II的输出端并联，第二切除开关Q2的控制端与控制器K2相连接。当双端供电的无线电能传输***进行双端供电时，第一切除开关Q1和第二切除开关Q2保持断开状态，高频逆变器H1和高频逆变器H2同时供电且输出电压相位相差180度。
所述的发射线圈P包含两部分：发射线圈Lp1和发射线圈Lp2，且两个发射线圈并联绕制。发射线圈Lp1的一端与供电电路I的一端相连接，发射线圈Lp1的另一端与补偿电容Cp1串联后与供电电路II的另一端相连接。发射线圈Lp2的一端与供电电路I的另一端相连接，发射线圈Lp2的另一端与补偿电容Cp2串联后与供电电路II的另一端相连接。
所述的双端供电的无线电能传输***中，当供电电路I发生故障时，控制器K1控制第一切除开关Q1闭合，将供电电路I切除，控制器K2控制第二切除开关Q2保持断开状态，双端供电的无线电能传输***由供电电路II独立供电；当供电电路II发生故障时，控制器K2控制第二切除开关Q2闭合，将供电电路II切除，控制器K1控制第一切除开关Q1保持断开状态，双端供电的无线电能传输***由供电电路I独立供电。
图2为双端供电的无线电能传输***双端供电时的***等效电路。图2中，S1为供电电路I的补偿器，C1为供电电路I的补偿电容，L1为供电电路I的补偿电感，S2为供电电路II的补偿器，C2为供电电路II的补偿电容，L2为供电电路II的补偿电感，Ls为接收线圈，Cs为接收侧补偿电容，Re为***交流等效负载。
Figure BDA0002766940490000101
为高频逆变器H1的输出电压的基波分量，
Figure BDA0002766940490000102
为高频逆变器H1输出电流，
Figure BDA0002766940490000103
为补偿电容C1的电流，
Figure BDA0002766940490000104
为发射线圈Lp1的电流，
Figure BDA0002766940490000105
为高频逆变器H2的输出电压的基波分量，
Figure BDA0002766940490000106
为高频逆变器H2输出电流，
Figure BDA0002766940490000107
为补偿电容C2的电流，
Figure BDA0002766940490000108
为发射线圈Lp2的电流，
Figure BDA0002766940490000109
为接收线圈电流。
图3为供电电路II发生故障时，供电电路I独立供电时***电路结构示意图。图3中，E1为直流电源，S1为供电电路I的补偿器，C1为供电电路I的补偿电容，L1为供电电路I的补偿电感，Lp1为发射线圈，Lp2为发射线圈，发射线圈Lp1和发射线圈Lp2并联绕制。Ls为接收线圈，Cs为接收侧补偿电容，RL为***负载电阻。
图4为供电电路II发生故障时，供电电路I独立供电时***等效电路图。图4中，
Figure BDA00027669404900001010
为逆变器输出电压的基波分量，S1为供电电路I的补偿器，C1为供电电路I的补偿电容，L1为供电电路I的补偿电感，Lp1为发射线圈，Lp2为发射线圈，发射线圈Lp1和发射线圈Lp2并联绕制。Ls为接收线圈，Cs为接收侧补偿电容，Re为***交流等效负载，
Figure BDA00027669404900001011
为高频逆变器H1输出电流，
Figure BDA0002766940490000111
为补偿电容C1的电流，
Figure BDA0002766940490000112
为发射线圈Lp1的电流，
Figure BDA0002766940490000113
为接收线圈电流。
本实施例中：
所述第一切除开关Q1和第二切除开关Q2同时断开，高频逆变器H1和高频逆变器H2同时供电，两套高频逆变器工作频率相等且输出电压相位相差180度，双端供电的无线电能传输***实现双端供电。所述的补偿器S1的阻抗值
Figure BDA0002766940490000114
和补偿器S2的阻抗值
Figure BDA0002766940490000115
由式(1)确定：
Figure BDA0002766940490000116
所述补偿电感L1的电感值
Figure BDA0002766940490000117
和补偿电感L2的电感值
Figure BDA0002766940490000118
由式(2)确定：
Figure BDA0002766940490000119
所述补偿电容C1的容值
Figure BDA00027669404900001110
和补偿电容C2的容值
Figure BDA00027669404900001111
由式(3)确定：
Figure BDA00027669404900001112
所述补偿电容Cp1的容值
Figure BDA00027669404900001113
由式(4)确定：
Figure BDA00027669404900001114
所述补偿电容Cp2的容值
Figure BDA00027669404900001115
由式(5)确定：
Figure BDA00027669404900001116
式(1)、式(2)、式(3)、式(4)和式(5)中，
Figure BDA00027669404900001117
直流电源E1和直流电源E2的输出电压值，VL为接收侧直流输出设定电压，ω为***工作角频率，M为接收线圈Ls与发射线圈Lp1的互感值以及接收线圈Ls与发射线圈Lp2间的互感值，接收线圈Ls与发射线圈Lp1的互感值、接收线圈Ls与发射线圈Lp2间的互感值相等，均为M，
Figure BDA00027669404900001118
为发射线圈Lp1的电感值，
Figure BDA00027669404900001119
为发射线圈Lp2的电感值，Mpp为发射线圈Lp1和发射线圈Lp2之间的互感。

Claims (4)

1.一种双端供电的无线电能传输***，所述的无线电能传输***由发射部分和接收部分组成，其特征在于：所述的接收部分包括依次串联连接的接收线圈LS、接收侧补偿电容CS、整流滤波电路D和负载RL；所述的发射部分包括：直流电源E1、高频逆变器H1、补偿器S1、补偿电感L1以及补偿电容C1依次连接组成的T型供电电路I，直流电源E2、高频逆变器H2、补偿器S2、补偿电感L2以及补偿电容C2依次连接组成的T型供电电路II，发射线圈P以及补偿电容C；直流电源E1和直流电源E2为输出电压幅值相等的独立电源或接入同一电源，补偿电容C包含补偿电容Cp1和补偿电容Cp2；第一切除开关Q1与供电电路I的输出端并联，第一切除开关Q1的控制端与控制器K1相连接；第二切除开关Q2与供电电路II的输出端并联，第二切除开关Q2的控制端与控制器K2相连接；当无线电能传输***进行双端供电时，第一切除开关Q1和第二切除开关Q2同时断开，高频逆变器H1和高频逆变器H2同时供电，高频逆变器H1和高频逆变器H2工作频率相等且输出电压相位相差180度。
2.根据权利要求1所述的双端供电的无线电能传输***，其特征在于：所述的发射线圈P包括发射线圈Lp1和发射线圈Lp2，两个发射线圈并联绕制；发射线圈Lp1的一端与供电电路I中补偿电感L1的输出端相连接，发射线圈Lp1的另一端与补偿电容Cp1串联后与供电电路II中高频逆变器H2和补偿电容C2的公共点相连接；发射线圈Lp2的一端与供电电路I中高频逆变器H1和补偿电容C1的公共点相连接，发射线圈Lp2的另一端与补偿电容Cp2串联后与供电电路II中补偿电感L2的输出端相连接。
3.根据权利要求1所述的双端供电的无线电能传输***，其特征在于：所述的补偿器S1的阻抗值
Figure FDA0002766940480000011
和补偿器S2的阻抗值
Figure FDA0002766940480000012
由式(1)确定：
Figure FDA0002766940480000013
所述补偿电感L1的电感值
Figure FDA0002766940480000014
和补偿电感L2的电感值
Figure FDA0002766940480000015
由式(2)确定：
Figure FDA0002766940480000016
所述补偿电容C1的容值
Figure FDA0002766940480000017
和补偿电容C2的容值
Figure FDA0002766940480000018
由式(3)确定：
Figure FDA0002766940480000019
所述补偿电容Cp1的容值
Figure FDA00027669404800000110
由式(4)确定：
Figure FDA0002766940480000021
所述补偿电容Cp2的容值
Figure FDA0002766940480000022
由式(5)确定：
Figure FDA0002766940480000023
式(1)、式(2)、式(3)、式(4)和式(5)中，
Figure FDA0002766940480000024
为直流电源E1和直流电源E2的输出电压值，VL为接收侧直流输出设定电压，ω为***工作角频率，M为接收线圈Ls与发射线圈Lp1的互感值以及接收线圈Ls与发射线圈Lp2间的互感值，接收线圈Ls与发射线圈Lp1的互感值、接收线圈Ls与发射线圈Lp2间的互感值相等，均为M，
Figure FDA0002766940480000025
为发射线圈Lp1的电感值，
Figure FDA0002766940480000026
为发射线圈Lp2的电感值，Mpp为发射线圈Lp1和发射线圈Lp2之间的互感，j为虚数符号。
4.根据权利要求1所述的双端供电的无线电能传输***，其特征在于：当供电电路I发生故障时，控制器K1控制第一切除开关Q1闭合，将供电电路I切除，控制器K2控制第二切除开关Q2保持断开状态，双端供电的无线电能传输***由供电电路II独立供电；当供电电路II发生故障时，控制器K2控制第二切除开关Q2闭合，将供电电路II切除，控制器K1控制第一切除开关Q1保持断开状态，双端供电的无线电能传输***由供电电路I独立供电。
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