CN111030310A - 一种中继式无线送能装置 - Google Patents

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李芳义
郝一
邓占锋
赵国亮
李卫国
石秋雨
刘海军
徐云飞
乔光尧
康伟
袁婷婷
卜宪德
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Abstract

本发明提供一种中继式无线送能装置，包括发送模块、中继模块和接收模块；发送模块、中继模块和接收模块依次排列，且均包括线圈和补偿回路；发送模块、中继模块和接收模块均通过线圈实现能量的无线传输，提高了绝缘水平，减少了局部放电的情况，无线送能装置连接的负载之间相互独立，不容易导致供电故障；发送模块、中继模块和接收模块之间通过线圈之间磁耦合的非接触方式实现能量传输，传输效率高，且保证了体积的紧凑性和良好的电磁兼容性；在给电力电子设备中的门极驱动电路提供可靠供电的同时，利用空气绝缘的方式实现低成本的高压绝缘；本发明中的补偿回路用于补偿线圈的感性无功，从而保证装置整体的功率因数和能量传输效率。

Description

一种中继式无线送能装置
技术领域
本发明涉及电力电子技术领域，具体涉及一种中继式无线送能装置。
背景技术
面向电网应用的高压电力电子换流阀中，电压等级可以高达数百甚至数千千伏。为了提升电力电子装置电压等级，需要多个功率半导体器件采用串联方式应用。器件串联应用中，每个器件均需要配置一个门极驱动电路负责器件的控制和保护，因为串联的器件均处于不同电位，相应的门极驱动电路也在不同电位，因此，门极驱动电路的隔离供电是目前需要亟待解决的问题，需要保证驱动电路可靠隔离供电的同时，以低成本的方式达到高压绝缘要求。
现有技术一般采用带铁芯的变压器实现门极驱动电路的隔离供电和能量传输，各个变压器之间通过级联方式连接，绝缘水平低，局部放电情况严重，且不同负载之间不相互独立，某级变压器功率突然变化会影响功率的整体传输，容易导致供电故障。
发明内容
为了克服上述现有技术中绝缘水平低、局部放电情况严重和容易导致供电故障的不足，本发明提供一种中继式无线送能装置，包括发送模块、中继模块和接收模块；包括发送模块、中继模块和接收模块；发送模块、中继模块和接收模块依次排列，且均包括线圈和补偿线圈感性无功的补偿回路；发送模块、中继模块和接收模块均通过线圈实现能量的无线传输，发送模块、中继模块和接收模块之间通过线圈实现磁耦合，提高了绝缘水平，减少了局部放电的情况，无线送能装置连接的负载之间相互独立，不容易导致供电故障。
为了实现上述发明目的，本发明采取如下技术方案：
本发明提供一种中继式无线送能装置，包括发送模块、中继模块和接收模块；
发送模块、中继模块和接收模块依次排列，且均包括线圈和补偿所述线圈感性无功的补偿回路；
所述发送模块、中继模块和接收模块均通过线圈实现能量的无线传输。
所述中继模块中的线圈包括：发送线圈和接收线圈；所述发送线圈和接收线圈均连接到补偿回路两端。
所述中继模块还包括铁氧体；
所述铁氧体置于发送线圈和接收线圈之间。
所述中继模块为一个或多个。
所述中继模块的补偿回路和接收模块的补偿回路分别与负载连接。
所述发送模块还包括交流电源和铁氧体，发送模块的线圈包括：发送线圈；
所述铁氧体与发送线圈平行设置，所述补偿回路和发送线圈均连接到交流电源两端。
所述接收模块还包括铁氧体；所述接收模块中的线圈包括接收线圈；
所述铁氧体与接收线圈平行设置，所述接收线圈连接到补偿回路两端。
中继模块为多个时，所述发送模块的发送线圈方向与第一个中继模块中的接收线圈方向一致，所述接收模块的接收线圈方向与最后一个中继模块中的发送线圈方向一致；
所述中继模块的发送线圈和接收线圈之间的轴向偏移角为90°。
发送模块的发送线圈与第一个中继模块的接收线圈之间的距离、中继模块的发送线圈和接收线圈之间、最后一个中继模块的发送线圈与接收模块的接收线圈之间的距离均相等，三者均基于线圈的面积确定。
所述线圈为双极性线圈，所有线圈的形状和大小均相等。
所述补偿回路包括以下任一一种或至少两种电力电子器件：
电容、电阻和有源器件；
所述有源器件为场效应晶体管或三极管。
所述电力电子器件通过串联、并联或串并联结合的方式连接。
与最接近的现有技术相比，本发明提供的技术方案具有以下有益效果：
本发明提供的中继式无线送能装置包括发送模块、中继模块和接收模块；发送模块、中继模块和接收模块依次排列，且均包括线圈和补偿线圈感性无功的补偿回路；发送模块、中继模块和接收模块均通过线圈实现能量的无线传输，提高了绝缘水平，减少了局部放电的情况，无线送能装置连接的负载之间相互独立，不容易导致供电故障；
本发明的发送模块、中继模块和接收模块之间通过线圈之间磁耦合的非接触方式实现能量传输，传输效率高，且保证了体积的紧凑性和良好的电磁兼容性；
本发明各个中继模块之间的能量传递过程中通过补偿回路提高整个装置的功率因数，实现各级负载互相独立，负载之间互不影响，保证各级负载功率灵活条件而不影响送能装置整体性能；
本发明在给电力电子设备中的门极驱动电路提供可靠供电的同时，利用空气绝缘的方式实现低成本的高压绝缘；
本发明中的补偿回路用于补偿线圈的感性无功，从而保证装置整体的功率因数和能量传输效率；
本发明中中继模块内部的两个线圈之间放置铁氧体，铁氧体减小了两个线圈之间的耦合，同时减小了不同中继模块之间非相邻线圈的耦合系数。
附图说明
图1是本发明实施例中中继式无线送能装置结构图；
图2是本发明实施例中中继式无线送能装置为门极驱动电路供电示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
无线输电技术更加成熟，体积和效率指标较好。在磁感应式无线输电系统中，空气的击穿电压为3kV/mm，当传输距离达到几百毫米时，可以实现数百千伏的电压隔离能力。本发明实施例提供了一种基于无线输电技术的中继式无线送能装置，如图1所示，V0为交流电源，Coil0t为发送模块的线圈，Coil1t、Coil2t等为中继模块的第一个线圈，即中继模块的发送线圈，Coil1r、Coil2r等为中继模块的第二个线圈，即中继模块的接收线圈，CoilNr为接收模块的线圈，MN为上一级发射线圈和下一级接收线圈之间的互感系数，kN为上一级发射线圈和下一级接收线圈之间的耦合系数，能量从发射模块开始，依次向右传递给第一中继模块、第二中继模块、……、接收模块。各个模块中均需要配置补偿回路，用以补偿线圈的感性无功，从而保证装置整体的功率因数和效率足够高，各级的负载代表门极驱动电路。
本发明实施例提供的中继式无线送能装置包括发送模块、中继模块和接收模块；
发送模块、中继模块和接收模块依次排列，且均包括线圈和补偿线圈感性无功的补偿回路；
发送模块、中继模块和接收模块均通过线圈实现能量的无线传输。
中继模块中的线圈包括：发送线圈和接收线圈；发送线圈和接收线圈均连接到补偿回路两端。
中继模块还包括铁氧体；
铁氧体置于发送线圈和接收线圈之间。
中继模块的补偿回路和接收模块的补偿回路分别与负载连接。
发送模块还包括交流电源和铁氧体，发送模块的线圈包括：发送线圈；
铁氧体与发送线圈平行设置，补偿回路和发送线圈均连接到交流电源两端。
接收模块还包括铁氧体；接收模块中的线圈包括接收线圈；
铁氧体与接收线圈平行设置，接收线圈连接到补偿回路两端。
线圈为双极性线圈，所有线圈的形状和大小均相等。
发送模块的线圈与中继模块的第一个线圈之间的距离、中继模块的两个线圈之间、中继模块的第二个线圈与接收模块的线圈之间的距离均相等，三者均基于线圈的面积确定。
中继模块为一个或多个。
中继模块为一个时，发送模块的发送线圈方向中继模块的中的接收线圈方向一致，接收模块的接收线圈方向与中继模块中的发送线圈方向一致，中继模块的接收线圈和发送线圈相互垂直；
中继模块为多个时，发送模块的发送线圈方向与第一个中继模块中的接收线圈方向一致，接收模块的接收线圈方向与最后一个中继模块中的发送线圈方向一致；
中继模块的发送线圈和接收线圈之间的轴向偏移角为90°。
发送模块的发送线圈与第一个中继模块的接收线圈之间的距离、中继模块的发送线圈和接收线圈之间、最后一个中继模块的发送线圈与接收模块的接收线圈之间的距离均相等，三者均基于线圈的面积确定。
补偿回路包括以下任一一种或至少两种电力电子器件：
电容、电阻和有源器件；
有源器件为场效应晶体管或三极管。
电力电子器件通过串联、并联或串并联结合的方式连接。
本发明实施例提供的中继式无线送能装置为高压电力电子设备中的门极驱动电路供电示意图如图2所示，每一级线圈可以从上一级线圈获取能量以供给自身连接的门极驱动电路，同时可以向下一级线圈提供能量，整个装置在为门极驱动电路供电的同时，通过中继模块实现了能量的传输。
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，所属领域的普通技术人员参照上述实施例依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，这些未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，均在申请待批的本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (9)

1.一种中继式无线送能装置，其特征在于，包括发送模块、中继模块和接收模块；
所述发送模块、中继模块和接收模块依次排列，且均包括线圈和补偿所述线圈感性无功的补偿回路；
所述发送模块、中继模块和接收模块均通过线圈实现能量的无线传输。
2.根据权利要求1所述的中继式无线送能装置，其特征在于，所述中继模块中的线圈包括：发送线圈和接收线圈；所述发送线圈和接收线圈均连接到补偿回路两端。
3.根据权利要求2所述的中继式无线送能装置，其特征在于，所述中继模块还包括铁氧体；
所述铁氧体置于发送线圈和接收线圈之间。
4.根据权利要求1至3任一项所述的中继式无线送能装置，其特征在于，所述中继模块为一个或多个。根据权利要求5所述的中继式无线送能装置，其特征在于，所述发送模块还包括交流电源和铁氧体，所述发送模块的线圈包括：发送线圈；
所述铁氧体与发送线圈平行设置，所述补偿回路和发送线圈均连接到交流电源两端。
5.根据权利要求6所述的中继式无线送能装置，其特征在于，所述接收模块还包括铁氧体；所述接收模块中的线圈包括接收线圈；
所述铁氧体与接收线圈平行设置，所述接收线圈连接到补偿回路两端。
6.根据权利要求4所述的中继式无线送能装置，其特征在于，中继模块为多个时，所述发送模块的发送线圈方向与第一个中继模块中的接收线圈方向一致，所述接收模块的接收线圈方向与最后一个中继模块中的发送线圈方向一致；
所述中继模块的发送线圈和接收线圈之间的轴向偏移角为90°。
7.根据权利要求8所述的中继式无线送能装置，其特征在于，所述发送模块的发送线圈与第一个中继模块的接收线圈之间的距离、中继模块的发送线圈和接收线圈之间、最后一个中继模块的发送线圈与接收模块的接收线圈之间的距离均相等，三者均基于线圈的面积确定。
8.根据权利要求1所述的中继式无线送能装置，其特征在于，所述线圈为双极性线圈；且所有线圈的形状和大小均相等。
9.根据权利要求1所述的中继式无线送能装置，其特征在于，所述补偿回路包括以下任一一种或至少两种电力电子器件：
电容、电阻和有源器件；
所述有源器件为场效应晶体管或三极管；
所述电力电子器件通过串联、并联或串并联结合的方式连接。
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