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专利号: 2021110818878
申请人: 西南交通大学
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:2024-01-05
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.基于混合负载匹配的宽负载范围高效WPT系统,其特征在于,包括发射端电路和接收端电路,所述发射端电路包括直流输入电压UDC、桥式逆变电路和发射线圈电路,所述发射线圈电路包括依次连接的发射线圈谐振补偿电容CP、发射线圈和发射线圈内阻RP,所述发射线圈的寄生电感为LP,所述接收端电路包括接收线圈电路,所述接收线圈电路包括依次连接的接收线圈谐振补偿电容CS、接收线圈和接收线圈内阻RS,所述接收线圈的寄生电感为LS,所述发射线圈与接收线圈之间的互感为M,所述接收线圈电路的两端通过开关继电器S1连接有负载阻抗调节电容CST,接收线圈电路还连接有LCC拓扑补偿线圈,所述LCC拓扑补偿线圈的电感为LT,LCC拓扑补偿线圈的两端通过开关继电器S2连接有SS拓扑补偿电容CT,LCC拓扑补偿线圈还连接有桥式整流电路,所述桥式整流电路的两端分别连接有滤波电容CD和负载电阻RL,所述桥式整流电路上连接有开关继电器S3。

2.根据权利要求1所述的基于混合负载匹配的宽负载范围高效WPT系统,其特征在于,所述桥式逆变电路由4个三极管Q1、Q2、Q3和Q4组成高频逆变器。

3.根据权利要求1所述的基于混合负载匹配的宽负载范围高效WPT系统,其特征在于,所述桥式整流电路由4个整流二极管D1、D2、D3和D4组成。

4.基于混合负载匹配的宽负载范围高效WPT系统优化方法,使用权利要求1‑3所述的系统,其特征在于,包括如下步骤:

将开关继电器S1、S2、S3的接通和断开分别组合设置为四种系统模式:当S1,S3断开,S2闭合时,WPT系统是原始的全桥整流S‑S系统S‑S‑F模式,系统的最优交等效流负载RSeqopt表示为:

当S1断开,S2、S3接通时,整流器由全桥状态转换为半桥状态,此时的WPT系统是带有半桥整流器的S‑S系统S‑S‑H模式,将等效交流负载RSeq转换为S‑S‑F模式的1/4。因此,S‑S‑H模式的最优直流负载RLHSopt与S‑S‑F模式的RLFSopt的关系为:RLHSopt=4·RLFSopt (2)当S2,S3断开,S1闭合时,WPT系统转换为全桥整流S‑LCC系统S‑LCC‑F模式,根据基尔霍夫定理,得到以下方程:

将系统效率η定义为:

通过求解式(3)得到各电流表达式并代入式(4),效率η可表示为:

2 2 2

其中,A=ω·RCeq,B=ω·M,为进一步求解系统最优等效交流负载,对效率进行求导:得到此时系统最优等效交流负载:

此时,将S3接通,整流器由全桥状态转换为半桥状态,此时的WPT系统是带有半桥整流器的S‑LCC系统S‑LCC‑H模式,此时最优直流负载RLHCopt与S‑LCC‑F模式的RLFCopt的关系为:RLHCopt=4·RLFCopt (7)由式(2)可知,S‑S‑F模式的RSeqopt与WPT系统固有参数M,ω,RP和RS高度相关,当WPT系统参数固定时,RSeqopt也相应固定。除了WPT系统固有参数外,S‑LCC‑F模式的最优交流等效负载RCeqopt还与CST相关,故通过设计CST来调节RSeqopt和RCeqopt之间的关系,RSeqopt和RCeqopt之间的关系定义为:

RCeqopt=n·RSeqopt (8)将式(2)、式(7)代入式(9)可得:其中:D=RPRS,此时RLFCopt等于nRLFSopt;

对于不同的n值,通过改变WPT系统的最优直流负载,构造出四条效率曲线,通过在每条曲线的连接处改变开关状态,实现效率优化。

5.根据权利要求4所述的基于混合负载匹配的宽负载范围高效WPT系统优化方法,其特征在于,通过改变开关状态实现效率优化的方法如下:对于0

对于0.25

对于1

对于n>4,各模式下的最优直流负载大小排列为RLFSopt

将不同n值下各模式负载的相邻效率曲线的连接处负载值均设为R1,R2,R3,其中R1