CN101395028B - 用于给线路段同步供电的系统和用于运行这种系统的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种包含线路段的系统和方法，其中每个线路段包含一供电线路，可由配设给各自线路段的馈电装置向该供电线路中馈入中频电流，其中每个馈电装置包含一驱动电路，驱动电路中的第一个把用于使另外的馈电装置同步的时钟信号传递给所述另外的馈电装置。

Description

用于给线路段同步供电的系统和用于运行这种系统的方法
技术领域
本发明涉及一种用于给线路段同步供电的系统和一种用于运行这种系统的方法。
背景技术
从JP 2002067747中已知一种用于非接触能量传输的系统，在该系统中由不同的馈电装置给多个线路段同步馈电。在此，时钟信号亦即定时选通信号从主线路段传递给从线路段，其中光被应用。其中缺点是，必须特别是以昂贵的方式用电流传感器确定电流的相位。
发明内容
因此本发明的目的在于，改进这种系统，其中应当能够尽可能简单而经济地实现同步。
根据本发明，上述目的由具有下述特征的系统和方法来实现。
本发明在系统方面的重要特征是，该系统包含线路段，其中每个线路段包含一供电线路，可由配设给各自线路段的馈电装置向该供电线路中馈入中频电流，其中每个馈电装置包含一驱动电路，驱动电路中的第一个特别是主驱动电路把用于使另外的馈电装置同步的时钟信号传递给这些另外的馈电装置特别是从属馈电装置。
在此优点是，可以使线路段的电流同步而不必检测电流值并且不必确定电流的相位。因此，在本发明中足以在(电力)变频器/逆变器的数字部分/部件中实现同步并利用回转器的有利特性一一即在输入电压和输出电流之间的相移与负荷的无关性。
可替代地，本发明的系统包含至少一个线路段，其中该线路段包含一供电线路，可由至少两个馈电装置向该供电线路中馈入中频电流，其中每个馈电装置包含一驱动电路，其中驱动电路中的第一个特别是主驱动电路把用于使另外的馈电装置同步的时钟信号传递给这些另外的馈电装置特别是从属馈电装置。
在此优点是，馈电装置可并联连接而不相互干扰。
在一种优选的设计方案中，驱动电路设计成数字系统。在此优点是，通过使馈电装置的数字部分同步，可以实现馈电装置输出电流的同步。因此，例如变频器特别是电压型中间电路(级间耦合电路)变频器的输出级的电子控制装置可以同步运行。
在一种优选的设计方案中，所述同步仅基于存在于馈电装置数字部分中的信息。在此优点是，可以如此设计后面的电子部件，即尽管电路技术复杂但可使输出电流同步。
在一种优选的设计方案中，馈电装置包含可脉宽调制运行的中频电压源，该电压源的输出电压可被供给到电压-电流转换器特别是回转器，该电压-电流转换器的输出电流可馈入供电线路中。在此优点是，可应用变频器以实现中频电压源。因此，通过电压源纯粹地转变为具有无源元件的电流源可实现电流源。因为所述同步在变频器的数字部分中进行，所以不必为了同步的目的而使用电流检测。因此实现了特别简单而经济的同步。
在一种优选的设计方案中，电压-电流转换器和/或供电线路的电感被调谐成与所配设的电容基本上在中频谐振。在此优点是，相移恒定并且与所连接的负载无关。
在一种优选设计方案中，负载可由供电线路感应供电，特别是负载包含次级线圈，该次级线圈可以与设计成初级导线的供电线路感应耦合，特别是其中次级线圈如此串联或并联连接一电容，使得谐振频率基本上等于中频。在此优点是，可以非接触地给负载供电。
在一种优选设计方案中，设置有用于产生输出级的脉宽调制控制信号的驱动电路。在此优点是，仅需对已知的变频器略作修改。
在一种优选设计方案中，每个另外的馈电装置的驱动电路包含用于改变脉宽调制周期的装置，其中周期持续时间根据第一馈电装置的时钟信号与脉宽调制信号的相位偏差而改变。在此优点是可以简单而经济地实现同步。
在一种优选设计方案中，每周期的脉宽调制周期的变化量在数量上低于一值，特别是用于限制时钟信号频率的频率偏差。在此优点是，频率不阶跃地改变，因此避免了大的频率偏差。
在一种优选设计方案中，另外的馈电装置的振荡器电路的输出频率根据第一馈电装置的时钟信号与脉宽调制信号的相位偏差而改变，特别是用以改变用于另外的馈电装置的微控制器的基本时钟频率。在此优点是，可以简单而经济地实现同步。
在一种优选设计方案中，根据第一馈电装置的时钟信号与脉宽调制信号的相位偏差而改变计数器内容的时间历程的周期持续时间。在此优点是，可以简单而经济地实现同步。
在一种优选设计方案中，时钟信号经由总线系统特别是现场总线系统和/或以太网传递。在此优点是，可以使用已知的总线系统。
在一种优选设计方案中，借助于总线系统除时钟信号外还可以传输其它数据。对此优点是，可以传输另外的安全数据或控制数据。
一种用于运行系统的方法的重要特征是，第一馈电装置向另外的馈电装置传递时钟信号，其中时钟信号在第一馈电装置中如此产生，即该时钟信号与输出级、特别是包含电子大功率半导体的用于产生输出电压的输出级的控制信号同步。对此优点是，可在数字部分中实现同步。
在一种优选设计方案中，时钟信号和控制信号转接时刻由同一个数字式时间确定装置特别是计数器导出。在此优点是，能够以简单而经济的软件进行实施。
在一种优选设计方案中，另外的馈电装置如此产生脉宽调制的控制信号，使得实现控制信号、特别是脉宽调制信号与时钟信号的同步。在此优点是，控制信号、例如PWM控制信号可在没有特别的附加费用的情况下同步实现。
在一种优选设计方案中，使用调节器来实现同步。特别是向该调节器输入相位差。在此优点是，从作为调节偏差的相位差中可改变时钟、比如振荡器电路或计时器的周期持续时间并因而可实现同步。该时钟可以用软件和/或硬件实现。
在一种优选设计方案中，由调节器的输出影响振荡器电路的频率。
在一种优选设计方案中，由调节器的输出影响脉宽调制周期持续时间，亦即PWM周期持续时间，以便实现同步。
在一种优选设计方案中，各自的相位差由相应的脉宽调制信号的相位和时钟信号的相位确定。在此优点是，为了确定相位例如可以考虑信号的脉冲边沿和/或考虑与特征值相比较，并因此可以简单但非常精确地确定相位差。
在一种优选设计方案中，频率改变或周期持续时间改变通过调节器仅以一受限制的最大速率进行。在此优点是，从属装置的频率基本保持不变。细微的频率失调仅仅无关紧要地改变频率，但足以匹配相位和频率。
具体实施方式
现根据附图详细阐述本发明
在图1中示意性示出了根据本发明的系统。在此可感应供电的负载6可沿着初级导线移动。此外示出了第一线路段5，其初级导线7可通过电压-电流转换器4由电压型中间电路变频器3供电。电压型中间电路变频器3可设置为特别是输出频率在1和100kHz之间的中频电压源。
电压型中间电路变频器3包含一由电网供电的整流器，在该整流器后面连接一电容器，亦即中间电路电容器，从该电容器可为输出级特别是变流器供电。
该变流器为这里设计成所谓的回转器的电压-电流转换器4馈电。在此重要的是，变频器3的电压源特性在电压-电流转换器4的输出端上转变为电流源特性。在电压-电流转换器4上，其输出交流电流的幅值与其输入交流电压的幅值成正比，而与负载无关。
因此，在第一线路段5的初级导线中可馈入电流，其中为了使初级导线的电感和电容器的谐振频率匹配于中频，所述电容器设置在线路段5中。
第二线路段15也包含一初级导线17，该初级导线同样可经由电压-电流转换器14由变频器13供电，该变频器可由电网特别是三相电流供电网供电。
为了使负载6在从第一线路段5过渡到第二线路段15时可被连续供电，初级导线(7，17)的电流必须彼此同步，也就是在频率和相位上尽可能精确地一致。
由此在本发明中重要的是，这样实现同步，即，使第一变频器3的驱动电路1与另一变频器13的驱动电路11，必要时以及其它变频器的其它驱动电路11同步。
为此设置一用于传递时钟信号的线路2。该时钟信号由第一驱动电路1产生并传递给所有的其它驱动电路11。
在根据本发明的其它实施例中，所述传递可借助于总线系统来实现，该总线系统例如可设计成现场总线，如CAN总线、Profibus总线或Interbus总线。
在图1中如此设计其它驱动电路，即，使变频器(3，13)的输出电压同步运行，因此使在初级导线中属于各自的线路段的电流也同步。
如此设计电压电流转换器，使得输入电压到输出电流的相移亦即相对相位恒定并且与负荷亦即负载无关。
在图2中详细示出了用于建立同步的装置。在此来自于驱动电路1的时钟信号同步于变频器3的输出电压U1。
在图2中，关于相位的所属信息以
Figure GSB00000579536900051
表示并且作为额定值与实际值、亦即变频器13的输出电压U2的相位
Figure GSB00000579536900052
进行比较。调节偏差
Figure GSB00000579536900053
被输入调节器
Figure GSB00000579536900054
该调节器产生中频输出电压U2的频率fU2(t)。相位
Figure GSB00000579536900055
通过对该频率fU2(t)的积分得出。
通过在图2中描述的、变频器13的调节结构也使变频器(3，13)的输出电压的相位同步。因此不仅输出电压的频率同步而且输出电压的相位也同步。由此也得出初级导线的电流是同步的。
电压-电流转换器(4，14)被调谐到中频。特别是在转换器设计成回转器或等效电路形式的情况下，如此确定电感和电容的参数，使得该回转器或等效电路形式的谐振频率与该中频一致或至少基本上一致。
在根据本发明的其它实施例中，除时钟信号外，经由线路2特别是总线系统也可以传输另外的数据。
在根据本发明的其它实施例中，可以使用P调节器、Pl调节器或PID调节器作为调节器。其它已知的调节器也是优选的。
在图3a至3d中示出了根据本发明的另一个实施例。在此，该实施形式是时间离散的。驱动电路包含一振荡器，该振荡器产生如在图3a中示出的基本时钟信号。所述基本时钟信号的产生例如借助于一包含石英的振荡器电路来实现。由此产生在图3b中图解示出的计数器内容，其借助于比较器与四个预定值进行比较。从四个比较结果中确定了输出级的转接时刻并因此产生在图3c中示出的输出电压U1。通过另外与其它值的比较，产生按照图3d的时钟信号，因此该时钟信号与按照图3b的计数器内容的时间历程同步并且也具有相同的相位。
变频器13同样具有一振荡器电路，给计数器提供时钟脉冲并因此又产生计数器内容的时间历程。根据时钟信号相对于计数器内容的时间历程的相位，延长或缩短后面的周期持续时间。
为此在跟随时钟信号边沿的周期中，使周期持续时间或计数器的溢出值延长或缩短1。通过这种方式使从属变频器的相位以受限制的变化速度跟随变频器3亦即主变频器的输出电压的相位。
在根据本发明的其它实施例中，振荡器电路设计成VCO电路。这就是说，振荡器电路频率可根据待施加的信号电压而失谐。因此仅须如此设计变频器13，使得调节器从时钟信号与变频器13的电压历程的相位比较中产生一信号电压，该信号电压改变VCO的频率。在此有利的是，软件和/或硬件基本上不必改变并且可以设置一较精细的分级。
在根据本发明的其它实施例中，应用馈电装置的同步，以便电压-电流转换器的输出端并联在一起来仅为一个共同的线路段馈电。
附图标记列表
1  驱动电路
2  用于传递时钟信号的线路
3  电压型中间电路变频器
4  电压-电流转换器
5  第一线路段
6  可感应供电的负载
7  初级导线
11 驱动电路
13 电压型中间电路变频器
14 电压-电流转换器
15 第一线路段
16 可感应供电的负载
17 初级导线

Claims (29)

1.一种包含多个线路段的系统，其中每个线路段包含供电线路，可由配设给各自线路段的馈电装置向该供电线路中馈入中频电流，其特征在于，
每个馈电装置包含驱动电路，
其中第一馈电装置的驱动电路把用于使另外的馈电装置同步的时钟信号传递给所述另外的馈电装置，
其中每个另外的馈电装置的驱动电路包含用于改变脉宽调制周期的装置，其中周期持续时间根据第一馈电装置的时钟信号与脉宽调制信号的相位偏差而改变。
2.按照权利要求1的系统，其特征在于，所述第一馈电装置的驱动电路是主驱动电路，所述另外的馈电装置是从属馈电装置。
3.一种包含至少一个线路段的系统，其中所述线路段包含一供电线路，可由至少两个馈电装置向该供电线路中馈入中频电流，其特征在于，
每个馈电装置包含驱动电路，
其中第一馈电装置的驱动电路把用于使另外的馈电装置同步的时钟信号传递给所述另外的馈电装置，
其中所述另外的馈电装置的驱动电路包含各自的用于改变脉宽调制周期的装置，其中周期持续时间根据第一馈电装置的时钟信号与脉宽调制信号的相位偏差而改变。
4.按照权利要求2的系统，其特征在于，所述第一馈电装置的驱动电路是主驱动电路，所述另外的馈电装置是从属馈电装置。
5.按照权利要求1至4中任一项的系统，其特征在于，驱动电路设计成数字系统。
6.按照权利要求1至4中任一项的系统，其特征在于，同步仅基于存在于馈电装置的数字部分中的信息。
7.按照权利要求1至4中任一项的系统，其特征在于，馈电装置包含可脉宽调制运行的中频电压源，该电压源的输出电压可供给至电压-电流转换器，该电压-电流转换器的输出电流可馈入供电线路中。
8.按照权利要求7的系统，其特征在于，所述电压-电流转换器是回转器。
9.按照权利要求7的系统，其特征在于，电压-电流转换器和/或供电线路的电感被调谐成与所配设的电容在中频谐振。
10.按照权利要求1至4中任一项的系统，其特征在于，可由供电线路给负载感应供电，负载包含次级线圈，该次级线圈可以与设计成初级导线的供电线路感应耦合，其中次级线圈串联或并联连接一电容，使得谐振频率等于中频。
11.按照权利要求1至4中任一项的系统，其特征在于，所述驱动电路设置用于产生输出级的脉宽调制的控制信号。
12.按照权利要求1至4中任一项的系统，其特征在于，每周期的脉宽调制周期的变化量被限定成小得能够限制时钟信号频率的频率偏差。
13.按照权利要求1至4中任一项的系统，其特征在于，另外的馈电装置的振荡器电路的输出频率根据第一馈电装置的时钟信号与脉宽调制信号的相位偏差而改变，用以改变用于另外的馈电装置的微控制器的基本时钟频率。
14.按照权利要求1至4中任一项的系统，其特征在于，计数器内容的时间历程的周期持续时间根据第一馈电装置的时钟信号与脉宽调制信号的相位偏差而改变。
15.按照权利要求1至4中任一项的系统，其特征在于，时钟信号经由总线系统来传递。
16.按照权利要求15的系统，其特征在于，所述总线系统是现场总线系统和/或以太网。
17.按照权利要求15的系统，其特征在于，借助于总线系统，除时钟信号外还可传递控制数据或安全数据。
18.一种用于运行系统的方法，该系统包含多个线路段，其中每个线路段包含供电线路，可由配设给各自线路段的馈电装置向该供电线路中馈入中频电流，其特征在于，
第一馈电装置向另外的馈电装置传递时钟信号，
其中该时钟信号在第一馈电装置中产生，使得该时钟信号与输出级的控制信号同步，
其中每个另外的馈电装置包含用于改变脉宽调制周期的装置，其中周期持续时间根据第一馈电装置的时钟信号与脉宽调制信号的相位偏差而改变。
19.按照权利要求18的方法，其特征在于，所述输出级是用于产生输出电压的包含电子大功率半导体的输出级。
20.按照权利要求18或19的方法，其特征在于，时钟信号和控制信号转接时刻由同一个数字式时间确定装置导出。
21.按照权利要求20的方法，其特征在于，所述数字式时间确定装置是计数器。
22.按照权利要求18或19的方法，其特征在于，另外的馈电装置产生脉宽调制的控制信号，使得实现该控制信号与时钟信号的同步。
23.按照权利要求22的方法，其特征在于，所述脉宽调制的控制信号是脉宽调制信号。
24.按照权利要求18或19的方法，其特征在于，使用调节器以实现所述同步。
25.按照权利要求24的方法，其特征在于，向所述调节器输入相位差。
26.按照权利要求24的方法，其特征在于，调节器的输出影响振荡器电路的频率。
27.按照权利要求24的方法，其特征在于，调节器的输出影响脉宽调制周期。
28.按照权利要求25的方法，其特征在于，所述相位差由相应的脉宽调制信号的相位和时钟信号的相位确定。
29.按照权利要求26的方法，其特征在于，振荡器电路的频率的改变或脉宽调制周期的持续时间的改变仅以受限制的最大速率通过调节器实现。
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