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专利号: 2018100460272
申请人: 河南工程学院
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 发电、变电或配电
更新日期:2024-09-06
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种具有功率因数校正功能的单相非接触供电系统,其特征在于,包括滤波电路

(1)、整流电路(2)、DC-AC变换电路(3)、非接触变压器(4)和控制电路(111),滤波电路(1)与整流电路(2)相连接,整流电路(2)与DC-AC变换电路(3)相连接,DC-AC变换电路(3)与非接触变压器(4)相连接,控制电路(111)与DC-AC变换电路(3)相连接;

所述滤波电路(1)的输入电压为单相交流市电,市电电压u1为正弦波,其频率f1;电流i2经滤波电路(1)滤波后得到电流i1,电流i1为正弦波,其频率f1;由整流电路(2)将单相工频交流电u1整流成脉动直流电压Udc1,其脉动频率f2为工频频率f1的2倍;经过控制电路(111)调制的DC-AC变换电路(3)具有功率因数校正的功能,当市电电压u1为正弦波时,能使输入电流i1接近正弦波,DC-AC变换电路(3)将脉动直流电压Udc1斩波得到不等宽的脉冲交流电压up,经非接触变压器(4)传递能量后得到交流电压us,交流电压us的幅值近似相同。

2.根据权利要求1所述的具有功率因数校正功能的单相非接触供电系统,其特征在于,所述DC-AC变换电路(3)的输入端设有第一电压检测与处理电路(113)和第一电流检测与处理电路(114),DC-AC变换电路(3)的输出端设有第二电压检测与处理电路(115)和第二电流检测与处理电路(116),第一电压检测与处理电路(113)、第一电流检测与处理电路(114)、第二电压检测与处理电路(115)和第二电流检测与处理电路(116)均与控制电路(111)相连接;

第一电压检测与处理电路(113)检测直流电压Udc1并将处理后的参考电压信号xu1传送给控制电路(111),信号xu1为叠加直流分量的脉动电压,脉动频率f2=2·f1;第一电流检测与处理电路(114)检测直流电流Idc1并将处理后的信号xi1传送给控制电路(111);第二电压检测与处理电路(115)检测DC-AC变换电路(3)的输出电压up并将处理后的信号xu2传送给控制电路(111),第二电流检测与处理电路(116)检测DC-AC变换电路(3)的输出电流ip并将处理后的信号xi2传送给控制电路(111)。

3.根据权利要求1或2所述的具有功率因数校正功能的单相非接触供电系统,其特征在于,所述控制电路(111)采用双路三角波与脉动波比较的方法获得DC-AC变换电路(3)的开关器件的驱动信号;所述控制电路(111)包括反馈调节电路(121)、三角波产生电路(122)、非门(123)、第一运算放大器(124)和第二运算放大器(125),第一电压检测与处理电路(113)、第一电流检测与处理电路(114)、第二电压检测与处理电路(115)和第二电流检测与处理电路(116)均与反馈调节电路(121)相连接,反馈调节电路(121)分别与第一运算放大器(124)的反向输入端和非门(123)相连接,非门(123)与第二运算放大器(125)的同向输入端相连接;所述三角波产生电路(122)分别与第一运算放大器(124)的同向输入端以及第二运算放大器(125)的反向输入端相连接;

第一电压检测与处理电路(113)、第一电流检测与处理电路(114)、第二电压检测与处理电路(115)和第二电流检测与处理电路(116)的输出信号xu1、xi1、xu2和xi2反馈调节电路(121)处理后输出信号x'u1,三角波产生电路(122)产生三角波电压信号UΔ;

第一运算放大器(124)比较信号x'u1与信号UΔ的大小,当信号UΔ大于信号x'u1时,第一运算放大器(124)输出端VG1和VG3输出高电平信号,反之第一运算放大器(124)输出端VG1和VG3输出低电平信号;

第二运算放大器(125)比较信号-x'u1与信号UΔ的大小,当信号-x'u1大于信号UΔ时,第二运算放大器(125)输出端VG2和VG4输出高电平信号,反之第二运算放大器(125)输出端VG2和VG4输出低电平信号;输出端VG1、VG2、VG3和VG4驱动DC-AC变换电路(3)的开关器件。

4.根据权利要求3所述的具有功率因数校正功能的单相非接触供电系统,其特征在于,所述控制电路(111)利用三角波跳频寻优控制方法确定DC-AC变换电路(3)的斩波频率,使非接触变压器(4)的传输效率最高,且能提高电流i1的功率因数,减少畸变率,具体方法为:脉冲宽度调制使用的高频载波为三角波,三角波电压UΔ,幅值为UΔm,频率为fΔ;DC-AC变换电路(3)的开关器件的斩波频率与三角波频率fΔ相同,改变与三角波频率fΔ即可改变DC-AC变换电路(3)的开关器件的斩波频率和非接触变压器(4)电压up的频率;

当三角波频率fΔ为工频电压的工频频率f1倍数时,可消除输入电流i1的低次谐波;非接触变压器在20kHz 20 MHz通常有多个谐振频率点,在谐振频率点附近,非接触变压器的能~量传递效率达到峰值;

在非接触变压器的谐振频率点附近选择三角波频率fΔ,且使三角波频率fΔ为工频频率f1的倍数,控制电路(111)的运算放大器输出的信号VG1 VG4驱动DC-AC变换电路(3)的开关~器件,使DC-AC变换电路(3)的输出电压up的频率为工频频率f1的整数倍,电压up的频率决定了非接触变压器(4)的频率,在各频率点分别测量传输效率,效率最高的频率点即为优先选择的频率,频率选择的范围为20kHz 20 MHz。

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5.根据权利要求1或4所述的具有功率因数校正功能的单相非接触供电系统,其特征在于,所述滤波电路(1)为第一滤波电路(11)、第二滤波电路(12)、第三滤波电路(13)、第四滤波电路(14)、第五滤波电路(15)或第六滤波电路(16);

所述第一滤波电路(11)包括电容C11,输入市电的两端与电容C11的两端相连接,电容C11的两端与整流电路(2)的输入端相连接;

所述第二滤波电路(12)包括电感L11、电感L12和电容C12,电感L11和电感L12的同名端分别与输入市电的两端相连接,电感L11和电感L12的异名端分别与电容C12的两端相连接,电感L11和电感L12构成互感电路,电容C12的两端分别与整流电路(2)的输入端相连接;

所述第三滤波电路(13)包括电容C13、电感L13、电感L14和电容C14,电容C13的两端分别与电感L13和电感L14的同名端相连接,电感L13和电感L14的异名端分别与电容C14的两端相连接,电感L13和电感L14构成互感电路,电容C13的两端分别与输入市电的两端相连接,电容C14的两端分别与整流电路(2)的输入端相连接;

所述第四滤波电路(14)包括电感L15和电容C15,电感L15和电容C15串联连接,电感L11和电容C12分别与输入市电相连接,电容C11的两端分别与整流电路(2)的输入端相连接;

所述第五滤波电路(15)包括电容C16、电感L16和电感L17,电感L16、电容C16和电感L17依次串联连接,电感L16和电感L17构成互感电路,电容C16的两端分别与输入市电的两端相连接,电感L16和电感L17分别与整流电路(2)的输入端相连接;

所述第六滤波电路(16)包括电感L18和电容C17,电感L18和电容C17串联连接,电容C17的两端分别与输入市电的两端相连接,电感L18和电容C17分别与整流电路(2)的输入端相连接。

6.根据权利要求1或4所述的具有功率因数校正功能的单相非接触供电系统,其特征在于,所述整流电路(2)为倍压整流电路(21)或全波整流电路(22);

所述倍压整流电路(21)包括二极管D21、二极管D22、电容C21和电容C22,二极管D21和二极管D22串联连接,电容C21和电容C22串联连接,二极管D21和二极管D22的中点、电容C21和电容C22的中点分别与滤波电路(1)的输出端相连接;电容C21与二极管D21连接,电容C22与二极管D22连接,电容C21与二极管D21的中点、电容C22与二极管D22的中点分别与DC-AC变换电路(3)的输入端相连接;

所述全波整流电路(22)包括二极管D23、二极管D24二极管D25和二极管D26,二极管D23和二极管D24串联连接,二极管D25和二极管D26串联连接,二极管D23与二极管D25连接,二极管D24与二极管D26连接,二极管D23和二极管D24的中点、二极管D25和二极管D26的中点分别与滤波电路(1)的输出端相连接,二极管D23和二极管D25的中点、二极管D24和二极管D26的中点分别与DC-AC变换电路(3)的输入端相连接。

7.根据权利要求1或4所述的具有功率因数校正功能的单相非接触供电系统,其特征在于,所述DC-AC电能变换器电路(3)为半桥式变换电路(31)、全桥式变换电路(32)或推挽式变换电路(33);

所述半桥式变换电路(31)包括电容C31、电容C32、开关管S31和开关管S32,电容C31和电容C32串联连接后的支路与开关管S31与开关管S32串联连接的支路并联连接,电容C31和电容C32的所在支路的两端与整流电路(2)的输出端相连接,电容C31和电容C32的中点、开关管S31和开关管S32的中点分别与非接触变压器(4)的输入端相连接;

所述全桥式变换电路(32)包括开关管S33、开关管S34、开关管S5和开关管S36,开关管S33和开关管S34串联连接后的支路与开关管S35与开关管S36串联连接的支路并联连接,开关管S33和开关管S34所在支路的两端分别与整流电路(2)的输出端相连接,开关管S33和开关管S34的中点、开关管S35和开关管S36的中点分别与非接触变压器(4)的输入端相连接;

所述推挽式变换电路(33)包括电感L31、分裂电感L32、分裂电感L33、开关管S37和开关管S38,电感L31分别与分裂电感L32和分裂电感L33相连接,分裂电感L32和分裂电感L33采用磁芯耦合、异名端相连,分裂电感L32与开关管S37串联连接,分裂电感L33与开关管S38串联连接,分裂电感L33与开关管S38的串联电路和分裂电感L32与开关管S37的串联电路并联连接,电感L31、开关管S37分别与整流电路(2)的输出端相连接,分裂电感L32与开关管S37的中点、分裂电感L33与开关管S38的中点分别与非接触变压器(4)的输入端相连接。

8.根据权利要求1或4所述的具有功率因数校正功能的单相非接触供电系统,其特征在于,所述非接触变压器(4)包含有补偿电路,非接触变压器(4)为串-串联谐振电路(41)、串-并联谐振电路(42)、并-串联谐振电路(43)或并-并联谐振电路(44);

所述串-串联谐振电路(41)包括电容CP1、电感LP1、电容CS1和电感LS1,电容CP1和电感LP1串联连接,电容CS1和电感LS1串联连接,电感LP1和电感LS1通过电磁耦合连接;电容CP1和电感LP1所在支路的两端分别与DC-AC电能变换器电路(3)的输出端相连接,电容CS1和电感LS1所在支路的两端为输出端;

所述串-并联谐振电路(42)包括电容CP2、电感LP2、CS2和电感LS2,电容CP1和电感LP1串联连接,电容CS2和电感LS2并联连接,电感LP2和电感LS2通过电磁耦合连接;电容CP2和电感LP2所在支路的两端分别与DC-AC电能变换器电路(3)的输出端相连接,电感LS2的两端为输出端;

所述并-串联谐振电路(43)包括电容CP3、电感LP3、CS3和电感LS3,电容CP3和电感LP3并联连接,电容CS3和电感LS3串联连接,电感LP3和电感LS3通过电磁耦合连接;电感LP3的两端分别与DC-AC电能变换器电路(3)的输出端相连接,电容CS3和电感LS3所在支路的两端为输出端;

所述并-并联谐振电路(44)电容CP4、电感LP4、CS4和电感LS4,电容CP4和电感LP4并联连接,电容CS4和电感LS4并联连接,电感LP4和电感LS4通过电磁耦合连接;电感LP4的两端分别与DC-AC电能变换器电路(3)的输出端相连接,电感LS4的两端为输出端。