CN103780073A

CN103780073A - 一种移动式无接触供电系统的分段供电切换装置

Info

Publication number: CN103780073A
Application number: CN201410043147.9A
Authority: CN
Inventors: 史黎明; 蔡华; 张瑞华; 赵雅洁; 李耀华
Original assignee: Institute of Electrical Engineering of CAS
Current assignee: Institute of Electrical Engineering of CAS
Priority date: 2014-01-29
Filing date: 2014-01-29
Publication date: 2014-05-07
Anticipated expiration: 2034-01-29
Also published as: CN103780073B

Abstract

本发明公开了一种移动式无接触供电系统的分段供电切换装置，该系统包括地面逆变器、切换开关、谐振电容、初级绕组线圈、位置检测装置、次级绕组线圈、车载变流器。其特征在于：一台逆变器可以通过K（K为正整数）个切换开关给K个初级绕组线圈供电，切换开关采用高频功率器件，且位于逆变器的出口处，对切换开关耐压要求低。在开通或者关断切换开关前，都先使得逆变器输出电流为零，实现切换开关的零电流导通和关断，实现了软开关。

Description

一种移动式无接触供电系统的分段供电切换装置

技术领域

本发明涉及一种无接触供电系统的分段供电装置。

背景技术

无接触供电也称无接触电能传输，指根据电磁感应原理，无需直接的电气接触，将电能从一侧（电源侧）传送给另一侧（负载侧）。移动式无接触供电是指即使两侧，即电源侧和负载侧之间有相对运动，也能传送电能的一种特殊的无接触供电方式。

移动式无接触供电系统相比于传统供电的优势在于：(1)供电系统和负载之间无任何直接接触，没有裸露带电导体，不存在触电危险；(2)无摩擦，不会产生接触火花；(3)没有摩擦带来的积碳粉尘，维护简便；(4)对负载运动速度不产生直接限制；(5)无摩擦噪声污染；(6)能在水下、地下、冰雪、易燃、易爆等恶劣条件下工作。

在轨道交通、特别是城市轨道交通电系统中，移动式无接触供电可用来替代传统的受电弓和第三轨，从而极大提高轨道交通系统的安全、可靠性，同时维护成本大幅度降低。通常，轨道交通供电导轨范围一般长达数公里或者几十公里，如果采用无接触方式供电，所需电缆很长，由于沿线供电导轨中的电流频率通常为几十千赫兹，电流有效值通常为几百安培，高频电流带来了交流损耗，较长的电缆也增加了系统内阻，降低了系统效率，同时还可能产生很大的漏磁场。因此，为了提高系统效率，减小漏磁场，通常会采用分段供电方式。然而，由于常规方法中切换开关承受很高的电压，安全有效的切换各个分段仍没有有效解决。

发明内容

本发明的目的是解决现有移动式无接触供电系统的分段供电中各分段的有效切换问题，提出一种移动式无接触供电系统的分段供电切换装置。本发明可以提高系统的效率和实用性，为移动供电设备分段供电提供一种高效、安全、可靠的解决方案。

本发明所采用的技术方案如下：

本发明移动式无接触供电系统的分段供电切换装置包括：逆变器、切换开关、谐振电容、初级绕组线圈、位置检测装置、次级绕组线圈、车载变流器、负载。

逆变器的两个输出端子分别同每个切换开关的两个输入端子连接。切换开关的一个输出端子同谐振电容的一端连接，谐振电容的另一端同初级绕组线圈的一个端子连接，切换开关的另一个端子同初级绕组线圈另一个端子连接。在每个初级绕组线圈的端部或中间位置布置有位置检测装置，位置检测装置的输出信号发送到逆变器。每个次级绕组线圈的两个端子同车载变流器的一路单相输入端连接。车载变流器通过两个输出端子同负载的两个输入端连接。

逆变器通过切换开关以及谐振电容同初级绕组线圈连接。位置检测装置判断次级绕组线圈的位置，从而决定切换开关是否闭合。

本发明所述的次级绕组线圈、车载变流器和负载固定在运动设备如车辆上，其他部件放置在地面上。

本发明在初级绕组线圈附近安装有位置检测装置，位置检测装置可以是接近开关、轨道电路、交叉感应回线、多普勒雷达传感器、查询应答器，以及几种方法的信息融合定位方法，本文以接近开关来说明位置检测。接近开关设置在初级绕组线圈附近，可以布置在每套初级绕组线圈的两端，需要的开关数量较多，是初级绕组线圈的数量的2倍。或布置在相邻初级绕组线圈的中间，数量与初级绕组线圈数量相同。当接近开关检测到次级绕组线圈接近时，给相应的切换开关发出指令，逆变器给相应的初级绕组线圈供电。当接近开关检测到次级绕组线圈离开时，相应的切换开关断开。

本发明所述的切换开关由至少1个双向开关构成，一个双向开关可为电气控制的机械开关，或者由晶闸管、IGCT、IGBT、MOSFET、SiC等高频功率器件反串联而成。

本发明所述的一台逆变器可以通过K个切换开关给K个初级绕组线圈供电，K为正整数。

本发明所述的切换开关可同时闭合或者断开不只1条线路的电流。以单相供电为例，为了实现逆变器同初级绕组线圈完全的电气隔离，则需要2路开关，因此可以用2个双向开关并联来实现，该切换开关中所有的控制信号一致，以实现一个切换开关内不同开关器件的同时开通和关断。

本发明所述的切换开关，在切换开关导通前，在切换开关导通前，先使得逆变器输出电流降为零，然后再给切换开关发出闭合指令；当需要切换开关断开时，先使逆变器输出电流为零，然后再给切换开关发出断开指令。这样切换开关就实现了零电流开通和零电流关断，实现了软开关，降低了切换开关的损耗。

本发明所述的谐振电容可以和初级绕组线圈串联、并联或者进行其他形式的连接。

与已有方法相比，本发明具有以下特点：

(1)切换开关位于逆变器输出端，对耐压要求不会超过逆变器中的器件耐压要求；

(2)切换开关实现了软开关，损耗低；

(3)谐振电容和初级绕组线圈之间方便形成不同的连接方式。

本发明可应用于轨道交通、电动汽车充电、工厂车间小车、煤矿运输车等移动对象的供电。

附图说明

图1是一种移动式无接触供电系统的分段供电切换装置示意图；

图2是采用高频功率开关器件IGBT构成的双向双开关的切换开关示意图；

图中，1逆变器，2-1～2-K切换开关，3-1～3-K谐振电容，4-1～4-K初级绕组线圈，5-1～5-2K位置检测装置，6次级绕组线圈，7车载变流器，8负载，9车载部分，10高频IGBT，11切换开关控制信号。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明。

图1所示为一种移动式无接触供电系统的分段供电切换装置示意图，其基本组成如下。

逆变器1的两个输出端子分别与K个切换开关2-1、2-2、…、2-K的输入端子连接，K为正整数。K个切换开关分别经谐振电容同K个初级绕组线圈相连。对于谐振电容与初级绕组线圈串联连接方式，以切换开关2-1为例说明，其他谐振电容与初级绕组线圈串联连接方式与此相同。切换开关2-1的一个输出端子经过谐振电容3-1对应连接到初级绕组线圈4-1的一个输入端子，切换开关2-1的另外一个输出端子连接到初级绕组线圈4-1的另外一个端子，其它同理。在初级绕组线圈4-1、4-2、…、4-K端部或中间布置有位置检测装置5-1、5-2、…、5-2K，以初级绕组线圈4-1为例，初级绕组线圈4-1端部或中间布置有位置检测装置5-1～5-2，其它同理。位置检测装置5-1、5-2、…、5-2K的输出信号发送到逆变器1。次级绕组线圈6的两个端子同车载变流器7的单相输入端连接。车载变流器7通过两个输出端子同负载8的两个输入端连接。

位置检测装置5-1、5-2、…、5-2K可以是接近开关、轨道电路、交叉感应回线、多普勒雷达传感器、查询应答器，以及几种方法的信息融合定位方法，以下以接近开关来说明位置检测。

位置检测装置设置在初级绕组线圈附近，可以布置在每套初级绕组线圈的两端，这样需要的开关数量较多，是初级绕组线圈的数量的2倍。或布置在相邻初级绕组线圈的中间，所需要的开关数量与初级绕组线圈数量相同。

以切换开关4-1为例，当接近开关5-1～5-2检测到次级绕组线圈6进入初级绕组线圈4-1的供电范围时，首先将逆变器1的输出电流降为零，然后给切换开关2-1发送闭合指令，在切换开关2-1完成闭合后，逆变器1开始正常工作，初级绕组线圈4-1带电，能量从初级绕组线圈4-1无接触的传送到次级绕组线圈6经过车载变流器7变换后传递给负载8，切换开关2-1实现了零电流开通。当接近开关5-1～5-2检测到次级绕组线圈6不在初级绕组线圈4-1的供电范围时，逆变器1的输出电流先降为零，然后给切换开关2-1发出断开指令，在切换开关2-1断开后，初级绕组线圈断电，逆变器1开始正常工作，切换开关4-1实现了零电流关断。

切换开关4-1所承受的电压为逆变器1的输出电压。

综上所述，本发明实现了分段供电，且切换开关工作在零电流开通和零电流关断状态，具有开关损耗小的优点，另外切换开关的耐压也大大降低，和逆变器的输出电压一致，具有效率高、成本低、安全可靠的特点。

图2所示为采用高频功率开关器件IGBT构成的双向双开关的切换开关示意图，其基本组成如下。

有2个带有反并联二极管的高频IGBT器件10反向串联连接，构成一个双向开关，用这两个双向开关分别连接2条线路，构成一个切换开关2-1或2-K。这4个功率器件高频IGBT10构成一个双向双开关的切换开关，采用一个切换开关控制信号11来同时开通或者关断这4个IGBT器件10。

由于初级绕组线圈4-1～4-K中的电流一般为几十千赫兹，所以要采用高频的IGBT器件9，以满足电流快速开通关断的速率要求。

Claims

1.一种移动式无接触供电系统的分段供电切换装置，其特征在于，所述的分段供电切换装置包括地面逆变器、切换开关、谐振电容、初级绕组线圈、位置检测装置、次级绕组线圈和车载变流器；逆变器的两个输出端子分别同每个切换开关的两个输入端子连接；切换开关的一个输出端子同谐振电容的一端连接，谐振电容的另一端同初级绕组线圈的一个端子连接，切换开关的另一个端子同初级绕组线圈另一个端子连接；在每个初级绕组线圈的端部或中间位置布置有位置检测装置，位置检测装置的输出信号发送到逆变器；每个次级绕组线圈的两个端子同车载变流器的一路单相输入端连接；车载变流器通过两个输出端子同负载的两个输入端连接。

2.根据权利要求1所述的移动式无接触供电系统的分段供电切换装置，其特征在于，一台所述的逆变器通过K个切换开关给K个初级绕组线圈供电，K为正整数。

3.根据权利要求1所述的移动式无接触供电系统的分段供电切换装置，其特征在于，所述的切换开关由至少1个双向开关构成；所述的双向开关为电气控制的机械开关，或者为高频功率器件反串联连接形成的双向开关。

4.根据权利要求1所述的移动式无接触供电系统的分段供电切换装置，其特征在于，所述的切换开关同时闭合或者断开不只1条线路的电流。