具有功率因數(shù)校正功能的三相ac-dc非接觸供電系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及非接觸供電及自動(dòng)控制的技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種具有功率因數(shù)校正 功能的三相AC-DC非接觸供電系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 傳統(tǒng)的非接觸電路一般采用DC-DC結(jié)構(gòu)，針對(duì)非接觸供電技術(shù)的研究集中在DC/ DC變換電路的實(shí)現(xiàn)與控制上，這種電路通常由交流低壓市電電源（220V/380V)供電，在電 源與DC-DC非接觸電路之間加入AC-DC功率因數(shù)校正電路才能將交流電轉(zhuǎn)化成直流電供給 DC-DC非接觸電路使用。AC-DC功率因數(shù)校正電路需要增加一套額外的控制電路、檢測(cè)電路 和變換器電路，使電路更復(fù)雜。AC-DC非接觸供電系統(tǒng)只需要一套控制電路、檢測(cè)電路和變 換器電路，更有利于優(yōu)化效率和提高電路的功率因數(shù)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提出了一種具有功率因數(shù)校正功能的三相AC-DC 非接觸供電系統(tǒng)，供電電流的諧波畸變率小，工作可靠，供電效率最高可達(dá)90%以上。
[0004] 為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是：一種具有功率因數(shù)校正功能的三相 AC-DC非接觸供電系統(tǒng)，包括三路依次連接的交流電源、整流電路、原邊濾波電路、斬波電 路、原邊線圈、副邊線圈、二倍壓整流電路，三路二倍壓整流電路并聯(lián)后與負(fù)載沉相連接，負(fù) 載沉與輸出電感A串聯(lián)連接，負(fù)載沉兩端并聯(lián)有輸出電容心輸出電感A和輸出電容G 構(gòu)成副邊濾波電路；交流電源上設(shè)有供電電壓采樣濾波檢測(cè)裝置以及供電電壓過零檢測(cè)裝 置，原邊濾波電路上設(shè)有整流電路采樣濾波檢測(cè)裝置，斬波電路上設(shè)有驅(qū)動(dòng)電路，負(fù)載沉上 設(shè)有負(fù)載電壓電流采樣濾波檢測(cè)裝置；供電電壓采樣濾波檢測(cè)裝置、供電電壓過零檢測(cè)裝 置、整流電路采樣濾波檢測(cè)裝置、驅(qū)動(dòng)電路與控制裝置相連接，負(fù)載電壓電流采樣濾波檢測(cè) 裝置通過無線通信與控制裝置相連接。
[0005] 所述交流電源包括％、％和％，整流電路包括橋式連接的整流二極管DA5~DAS、 DB5~Dbs和D e5~Des，原邊濾波電路包括濾波電感ZAH、濾波電感'、濾波電感ΖεΗ和濾波電容CAH、 濾波電容&、濾波電容心，斬波電路包括橋式連接的開關(guān)管SA1~SA4、SB1~SB4、S"~SM，原邊線 圈包括4、4、副邊線圈包括4、4、4S，二倍壓整流電路包括橋式連接的二極管 和電容6K、橋式連接的二極管D3~D4和電容橋式連接的二極管D5~D6和電容
[0006] 所述交流電源％與橋式連接的整流二極管D A5~DAS相連接，濾波電感ZAH與整流 二極管DA5~DAS串聯(lián)連接，濾波電容心與整流二極管D A5~DAS并聯(lián)連接，濾波電感ZAH與橋式 連接的開關(guān)管SA1~SA4相連接，開關(guān)管SA1~SA4與原邊線圈ZAP相連接，原邊線圈ZAP與副邊線 圈ZAS通過磁感應(yīng)相連接，副邊線圈ZAS與橋式連接的二極管Di~D2和電容相連接；所 述交流電源％與橋式連接的整流二極管D B5~DBS相連接，濾波電感'與整流二極管D B5~DBS 串聯(lián)連接，濾波電容&與整流二極管D B5~Dbs并聯(lián)連接，濾波電感ZbH與橋式連接的開關(guān)管 SBi~SB4相連接，開關(guān)管SB1~SB4與原邊線圈Zgp相連接，原邊線圈Zgp與副邊線圈/^通過磁感 應(yīng)相連接，副邊線圈與橋式連接的二極管d3~d4和電容相連接；所述交流電源％與 橋式連接的整流二極管De5~Des相連接，濾波電感ΖεΗ與整流二極管De5~Des串聯(lián)連接，濾波電 容心與整流二極管De5~Des并聯(lián)連接，濾波電感ZeH與橋式連接的開關(guān)管Sa~Se4相連接，開 關(guān)管Sa~SC4與原邊線圈4P相連接，原邊線圈4P與副邊線圈Zcs通過磁感應(yīng)相連接，副邊線 圈4S與橋式連接的二極管D5~D6和電容相連接；原邊線圈ZAP上并聯(lián)有補(bǔ)償電容CAP， 副邊線圈ZAS上并聯(lián)有補(bǔ)償電容CAS。
[0007] 所述交流電源％、％、％采用三路單相交流市電電源，供電電壓為交流220V，交流 電源％、％、％的電壓相位相差分別為0°、120°、240°。
[0008] 所述濾波電容4、'、G上分別串聯(lián)有諧波二極管DAH、DeH、Dvh，諧波二極管Dah、 dch、dvh上并聯(lián)有諧波開關(guān)管sAH、SBH、SeH，諧波開關(guān)管SAH、SBH、SeH均與驅(qū)動(dòng)電路相連接。
[0009] 所述原邊線圈ZAP與副邊線圈ZAS、原邊線圈ZbP與副邊線圈4、原邊線圈^與副 邊線圈45分別組成非接觸變壓器，三組非接觸變壓器組成三相無線平面供電網(wǎng)；所述原邊 線圈ZAP、/呈平面分布，三相無線平面供電網(wǎng)為對(duì)稱磁路機(jī)構(gòu)的三相無線平面供電網(wǎng)； 所述開關(guān)管sA1~sA4、SB1~SB4、S"~SM分別構(gòu)成移相全橋軟開關(guān)單相斬波電路。
[0010] 其工作過程為：所述控制裝置實(shí)時(shí)獲取供電電壓采樣濾波檢測(cè)裝置、供電電壓過 零檢測(cè)裝置、整流電流采樣濾波檢測(cè)裝置、負(fù)載電壓電流采樣濾波檢測(cè)裝置所檢測(cè)的信號(hào)， 依據(jù)電源電壓和負(fù)載功率的變化規(guī)律，通過供電電壓過零檢測(cè)裝置得到關(guān)鍵相位點(diǎn)，控制 裝置利用關(guān)鍵相位點(diǎn)預(yù)測(cè)到其它采樣點(diǎn)的相位和電壓波動(dòng)趨勢(shì)的波動(dòng)系數(shù)表，采用相位先 驗(yàn)控制方法產(chǎn)生控制信號(hào)，通過驅(qū)動(dòng)電路轉(zhuǎn)換成驅(qū)動(dòng)信號(hào)，調(diào)節(jié)斬波開關(guān)管SA1~SA4、SB1~SB4、 占空比，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的輸出控制；調(diào)節(jié)諧波開關(guān)管sAH、sBH、sCH的占空比，從而 改善系統(tǒng)產(chǎn)生的諧波。
[0011] 所述相位先驗(yàn)控制方法的步驟為： 步驟一：通過供電電壓采樣濾波檢測(cè)裝置獲取供電電壓交流電源％、％、％的信號(hào)，設(shè) 交流電源％、％、％的峰值的幅值系數(shù)為1，其過零時(shí)的幅值系數(shù)為0,采用供電電壓過零 檢測(cè)裝置得到交流電源％、％、％過零點(diǎn)的時(shí)刻，依次得到各時(shí)刻整流電路的電壓yA2、yB2、 %!的相位角； 以過零點(diǎn)的時(shí)刻為參照點(diǎn)依次獲取其它時(shí)刻點(diǎn)的幅值系數(shù)尤設(shè)i/ld(?)為先驗(yàn)控制的 反饋值，則： yld(i) = (K{t+l)-K{t))·u0{t) 其中，尤(?+l)表示下一次檢測(cè)時(shí)三相疊加電壓yA2+yB2+yC2的幅值系數(shù)，尤(?)表示當(dāng)前 檢測(cè)點(diǎn)三相整流電路疊加電壓~+yB2+ %的幅值系數(shù)； 步驟二：根據(jù)輸出電壓y。⑵和輸出電流厶⑵的值計(jì)算出占空比調(diào)節(jié)系數(shù)J⑴-仏⑴，其中期望輸出的直流電壓值為4?)。考慮先驗(yàn)控制反饋值&⑴后，需要減去 該變化趨勢(shì)以適應(yīng)供電電壓交流電源％、％、％的變化給電路輸出帶來的影響，貝>J反饋誤 差e(i)依據(jù)下式計(jì)算： e(t)=d(t)-u0(t)-uu(t) 將該反饋誤差參與考慮到閉環(huán)控制算法中用于調(diào)節(jié)開關(guān)管的斬波占空比。
[0012] 所述同步斬波算法的步驟為：三路單相斬波電路對(duì)應(yīng)開關(guān)管SA1、^與Sα的斬波 的起始時(shí)間完全相同，副邊線圈ZAS、/^、Zcs的電流相位和二倍壓整流電路的二極管栗出電 流分別錯(cuò)開120°。
[0013] 所述異步錯(cuò)相斬波算法的步驟為： 以整流電路的電壓yA2、yB2、化的幅值為判斷標(biāo)準(zhǔn)，當(dāng)其中一路電壓的瞬時(shí)幅值高于其 它兩路電壓的瞬時(shí)幅值時(shí)，該路開關(guān)管的斬波的起始時(shí)間與另外兩路單相斬波電路對(duì)應(yīng)的 開關(guān)管起始相位錯(cuò)開180° ; 當(dāng)電壓的幅值高于％!、％!的電壓幅值時(shí)，副邊線圈的電流4幅值也高于4、 4S的電流iBS、ies的幅值，令開關(guān)管SA1的斬波起始時(shí)間為0°，令開關(guān)管SB1、Sa的斬波起始 時(shí)間為180° ; 當(dāng)電壓如的幅值高于％!、％!的電壓幅值時(shí)，副邊線圈4的電流4幅值也高于4、 4S的電流iAS、ies的幅值，令開關(guān)管SB1的斬波起始時(shí)間為0°，令開關(guān)管SA1、Sa的斬波起始 時(shí)間為180° ; 當(dāng)電壓％;的幅值高于％!、％!的電壓幅值時(shí)，副邊線圈4的電流4幅值也高于4、 4的電流iAS、iBS的幅值，令開關(guān)管Sa的斬波起始時(shí)間為0°，令開關(guān)管SA1、SB1的斬波起始 時(shí)間為180°。
[0014] 本發(fā)明用單相全橋整流電路將三路單相交流電分別整流成單向脈動(dòng)直流電，將這 三個(gè)脈動(dòng)直流電斬波得到高頻交流電，通過原邊線圈向副邊線圈傳遞電能，三個(gè)副邊線圈 分別與電容并聯(lián)構(gòu)成電流源，三路電流源分別向倍壓整流電路輸出能量構(gòu)成三路充電栗電 路，將這三路充電栗電路的輸出端并聯(lián)，得到統(tǒng)一的直流電壓，再使用副邊濾波電路即可得 到穩(wěn)定的直流電壓。采用附加功率因數(shù)校正電路進(jìn)一步提高功率因數(shù)，使該系統(tǒng)的供電電 流的諧波畸變率較?。慌c單相AC-DC非接觸電路相比，本發(fā)明不需要復(fù)雜的控制算法即可 使其交流電源AC側(cè)的線電流正弦化，功率因數(shù)基本接近于1，同時(shí)直流側(cè)輸出功率保持平 衡。通過仿真和電路實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了所提出的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和控制方法的正確性和有效性，結(jié)果表 明，本發(fā)明所提出的系統(tǒng)工作可靠，供電效率最高可達(dá)90%以上。
【附圖說明】
[0015] 圖1為本發(fā)明的非接觸供電電路原理圖。
[0016] 圖2為本發(fā)明的交流電源的電壓與電流波形示意圖。
[0017] 圖3為本發(fā)明的全橋整流的電壓示意圖。
[0018] 圖4為本發(fā)明的供電電壓過零檢測(cè)裝