1.基于直接AC‑AC变换的对称式双向无线电能传输三相电路,其特征在于:具备无线电能传输双向能量传输能力,包括:依次连接的输入/输出端UVW三相/单相AC‑AC模块、无线电能传输模块、单相/三相AC‑AC模块、输入/输出端ABC;
三相/单相AC‑AC模块,正向能量传输时即能量从UVW输出至ABC时,工作于三相/单相直接AC‑AC变换工况,充当无线电能传输的激励源并可调节输出大小;反向能量传输时即能量从ABC输出至UVW时,工作于单相/三相直接AC‑AC变换工况,实现三相变压变频输出;
无线电能传输模块,进行双向无线电能传输;
单相/三相AC‑AC模块,正向能量传输时即能量从UVW输出至ABC时,工作于单相/三相直接AC‑AC变换工况,实现三相变压变频输出;反向能量传输时即能量从ABC输出至UVW时,工作于单相/三相直接AC‑AC变换工况,充当无线电能传输的激励源并可调节输出大小;
所述ABC与UVW对称,三相/单相AC‑AC模块与单相/三相AC‑AC模块对称,无线电能传输模块自对称;
系统电路有两类基本工况:正向能量传输工况与反向能量传输工况,正向能量传输工况即能量从UVW输出至ABC时,能量流向为:UVW→三相/单相AC‑AC模块→无线电能传输模块uR1→无线电能传输模块uR→单相/三相AC‑AC模块→ABC;反向能量传输工况即能量从ABC输出至UVW时,能量流向为:ABC→单相/三相AC‑AC模块→无线电能传输模块uR→无线电能传输模块uR1→三相/单相AC‑AC模块→UVW;正向能量传输工况与反向能量传输工况对称。
2.根据权利要求1所述的基于直接AC‑AC变换的对称式双向无线电能传输三相电路,其特征在于:所述三相/单相AC‑AC模块与单相/三相AC‑AC模块均有两类工况:当正向能量传输时即能量从UVW输出至ABC时,三相/单相AC‑AC模块实现升压式三相/单相直接AC‑AC变换,单相/三相AC‑AC模块实现降压式单相/三相直接AC‑AC变换;当反向能量传输时即能量从ABC输出至UVW时,单相/三相AC‑AC模块实现升压式三相/单相直接AC‑AC变换,三相/单相AC‑AC模块实现降压式单相/三相直接AC‑AC变换。
3.根据权利要求1所述的基于直接AC‑AC变换的对称式双向无线电能传输三相电路,其特征在于:当正向能量传输时即能量从UVW输出至ABC时,UVW为输入三相电源并连接三相/单相AC‑AC模块,三相/单相AC‑AC模块的输出侧与无线电能传输模块的输入侧相连;无线电能传输模块的输出侧与单相/三相AC‑AC模块的输入侧相联,单相/三相AC‑AC模块的输出ABC即为本发明整个系统输出,输出可变压变频三相交流;
当反向能量传输时即能量从ABC输出至UVW时,ABC为输入三相电源并连接单相/三相AC‑AC模块,单相/三相AC‑AC模块的输出侧与无线电能传输模块的输入侧相连,无线电能传输模块的输出侧与三相/单相AC‑AC模块的输入侧相联,三相/单相AC‑AC模块的输出UVW即为本发明整个系统输出,输出可变压变频三相交流。
4.根据权利要求1所述的基于直接AC‑AC变换的对称式双向无线电能传输三相电路,其特征在于:所述三相/单相AC‑AC模块采用双向开关Q1‑‑Q6构建的三相全桥电路拓扑,Q1与Q4、Q3与Q6、Q5与Q2分别构成三个桥臂,Q1与Q4的中点为U1、Q3与Q6的中点为V1、Q5与Q2的中点为W1,U1通过电感L1与U相连,V1通过电感L2与V相连,W1通过电感L3与W相连,UVW为单相/三相AC‑AC模块的输入/输出端;Q1、Q3、Q5的公共交点为D,Q2、Q4、Q6的公共交点为E,DE为三相/单相AC‑AC模块与无线电能传输模块的连接端;电感L1、L2、L3为同一磁芯的三相集成电感;
所述单相/三相AC‑AC模块采用双向开关S1‑‑S6构建的三相全桥电路拓扑,S1与S4、S3与S6、S5与S2分别构成三个桥臂,S1与S4的中点为A1、S3与S6的中点为B1、S5与S2的中点为C1,A1通过电感L4与A相连,B1通过电感L5与B相连,C1通过电感L6与C相连,ABC为单相/三相AC‑AC模块的输入/输出端;S1、S3、S5的公共交点为F,S2、S4、S6的公共交点为G,FG为单相/三相AC‑AC模块与无线电能传输模块的连接端;电感L4、L5、L6为同一磁芯的三相集成电感;
根据实际需求,ABC与UVW端均可加装LC滤波器、LCL滤波器或其它类型滤波器;无线电能传输模块的电路拓扑可采用包括串联‑串联、串联‑并联、并联‑并联、并联‑串联以及多线圈拓扑类型在内的各类拓扑。
5.根据权利要求1所述的基于直接AC‑AC变换的对称式双向无线电能传输三相电路,其特征在于:正向能量传输时,三相/单相AC‑AC模块控制方式为截取最高线电压的方式进行高频正弦波形拟合,利于减小电流,提高系统效率;通过控制双向开关Q1‑Q6实现高频正弦波形拟合,通过控制周期时间实现变频输出;
正向能量传输时,单相/三相AC‑AC模块采用高频交流正弦波拟合低频交流正弦波,采用过零截取方式进行波形截取并实现软开关,即以高频正弦半波为一个基本截取单元,由于正弦半波过零点,因而以高频正弦半波为基本截取单元时,将自然实现软开关;波形的截取依据为面积等效原则,即在相应的分段区间内,所截取不要求一定是整数的若干个uR正弦半波所对应的面积与此分段区间内对应的uA正弦波的面积相同;实际控制时对于最后一个正弦半波区间内的截取方式则依据面积等效原则进行波形合理截取且不要求工作于软开关;通过控制双向开关S1‑‑S6实现正弦波形拟合,通过控制周期时间实现变频输出。
6.根据权利要求1所述的基于直接AC‑AC变换的对称式双向无线电能传输三相电路,其特征在于:利用对称性,反向能量传输时,三相/单相AC‑AC模块采用采用高频交流正弦波拟合低频交流正弦波,采用过零截取方式进行波形截取并实现软开关,即以高频正弦半波为一个基本截取单元,由于正弦半波过零点,因而以高频正弦半波为基本截取单元时,将自然实现软开关;波形的截取依据为面积等效原则,即在相应的分段区间内,所截取不要求一定是整数的若干个uR1正弦半波所对应的面积与此分段区间内对应的uU正弦波的面积相同;实际控制时对于最后一个正弦半波区间内的截取方式则依据面积等效原则进行波形合理截取且不要求工作于软开关;通过控制双向开关Q1‑Q6实现高频正弦波形拟合;通过控制周期时间实现变频输出;
反向能量传输时,单相/三相AC‑AC模块控制方式为截取最高线电压的方式进行高频正弦波形拟合,利于减小电流,提高系统效率;通过控制双向开关S1‑S6实现三相/单相AC‑AC模块正弦波形拟合,通过控制周期时间实现变频输出。
7.根据权利要求1所述的基于直接AC‑AC变换的对称式双向无线电能传输三相电路,其特征在于,正向能量传输工况三相/单相AC‑AC模块为低频输入、高频输出,三相/单相AC‑AC模块采用动态最大线电压拟合控制方式,控制方式为截取最高线电压的方式进行高频正弦波形拟合;正向能量传输工况下单相/三相AC‑AC模块为高频输入、低频输出。
8.根据权利要求1所述的基于直接AC‑AC变换的对称式双向无线电能传输三相电路,其特征在于:利用ABC与UVW对称、三相/单相AC‑AC模块与单相/三相AC‑AC模块对称、uR1与 uR1对称,三相/单相AC‑AC模块工作于反向能量传输工况与单相/三相AC‑AC模块工作于正向能量传输工况相同,单相/三相AC‑AC模块工作于反向能量传输工况与三相/单相AC‑AC模块工作于正向能量传输工况相同。