CN116599341A - 获取lcc-s型ipt系统整流器等效负载的方法、设备及介质 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种获取LCC‑S型IPT系统整流器等效负载的方法，包括：构建包括串联的整流器等效输入电阻和等效输入电感的LCC‑S型IPT系统电路模型；基于获取的整流器输入电压波形图，通过基尔霍夫电压定律列写回路电压方程，获取整流器输入电压和输入电流的时域表达式；对时域表达式进行傅里叶变换，分别获取整流器输入电压和输入电流的基波傅里叶系数；通过整流器输入电压和输入电流的基波傅里叶系数获取整流器输入电压和输入电流的基波幅值与相位；基于整流器输入电压和输入电流的基波幅值与相位，获取整流器的等效输入电阻和等效输入电感。本发明提供了一种全新的通用方法来分析计算整流器的等效输入阻抗，从而提高了LCC‑S型IPT系统模型的精确度。
Description
技术领域
本发明涉及感应式无线电能传输技术领域，更具体地，涉及一种获取LCC-S型IPT系统整流器等效负载的方法、设备及介质。
背景技术
感应式无线电能传输（Inductive Wireless Power Transfer, IPT）技术基于“电-磁-电”的能量转换，通过交变的高频电磁场实现了电能的无线传输，具有无电气接触、安全可靠、易于实现，普适性强等优势，因此在电动汽车充电、便携电子设备充电、矿井及水下航行器等领域得到了广泛应用。一个典型的IPT系统如图1所示，逆变器将直流供电转换成高频交流电，基于原副边线圈的耦合机制，进行能量的无线传输，再通过整流滤波将电能供给至负载，为了实现能量的高效传递，原副边线圈均会与谐振补偿网络相连接。
在IPT系统的实际应用中，需要整流器和滤波电容将高频交流电转换为直流电，为电池负载充电。由于二极管具有结构简单、稳定性高、无需额外控制等优势，IPT系统通常采用全桥不控整流电路，大多数文献在研究IPT系统抗偏移特性、系统优化设计、阻抗匹配、软开关运行、参数辨识等问题时，都将整流电路及后端的负载等效为一个纯电阻，一般使用系数8/π2建立系统等效负载电阻与整流器等效输入阻抗之间的关系。
然而在高频范围内，二极管的寄生参数变得明显，使得二极管不再是理想开关，也就是整流器及后端电路中不仅仅包含电阻成分，不控整流电路的等效输入阻抗还会受到电路其他参数的影响，因此如果只将其等效为纯电阻考虑，会降低系统模型的精确度。
实际上，IPT系统的整流器等效输入阻抗中是包含电感成分的。现有技术指出整流器等效输入阻抗能够表示为一个等效电阻与一个等效电感串联组成的电路，并且以双边LCC拓扑结构为基础，利用接收端并联补偿电容上的电压、整流器输入电流和输入电压的关系，推导了系统等效负载电阻与整流器等效输入阻抗之间的量化关系。但对于副边侧的串联的拓扑结构，由于整流器前端没有并联补偿电容，使得推导的系统等效负载电阻与整流器等效输入阻抗之间的量化关系无法沿用。因此，目前还没有一种通用的方法来分析计算整流器的等效输入阻抗。
目前针对IPT系统的四种低阶补偿拓扑的研究较为成熟，但由于低阶补偿拓扑存在电路灵敏度过高、输入输出增益不可调节等缺点，各种性能更优的复合型补偿网络拓扑结构相继被提出。其中，LCC-S型拓扑可通过谐振参数配置实现一次侧恒流、二次侧恒压的输出特性，具有易于实现阻抗匹配、易于实现软开关特性、元件电压电流应力较低等优点，并且其二次侧恒压的特性十分契合电池充电的一般性要求。
然而，目前还没有一种通用的方法来分析计算LCC-S型IPT系统整流器的等效输入阻抗，因此，如何通过一种通用的方法来分析计算LCC-S型IPT系统整流器的等效输入阻抗进而提高LCC-S型IPT系统模型的精确度是个亟待解决的技术问题。
发明内容
针对现有技术的至少一个缺陷或改进需求，本发明提供了一种获取LCC-S型IPT系统整流器等效负载的方法、设备及介质，用以提供一种全新的通用的方法来分析计算LCC-S型IPT系统整流器的等效输入阻抗进而提高LCC-S型IPT系统模型的精确度。
为实现上述目的，按照本发明的第一个方面，提供了一种获取LCC-S型IPT系统整流器等效负载的方法，包括：
构建包括串联的整流器等效输入电阻和整流器等效输入电感的LCC-S型IPT系统电路模型；
基于分析所述电路模型获取的整流器输入电压波形图，通过基尔霍夫电压定律列写回路电压方程，分别获取整流器输入电压和输入电流的时域表达式；
基于整流器输入电压和输入电流的时域表达式，通过傅里叶变换，分别获取整流器输入电压和输入电流的基波傅里叶系数；
通过整流器输入电压的基波傅里叶系数获取整流器输入电压的基波幅值与相位，通过整流器输入电流的基波傅里叶系数获取整流器输入电流的基波幅值与相位；
基于整流器输入电压的基波幅值与相位，以及整流器输入电流的基波幅值与相位，获取整流器的等效输入电阻和等效输入电感。
进一步地，所述基于分析所述电路模型获取的整流器输入电压波形图，通过基尔霍夫电压定律列写回路电压方程，分别获取整流器输入电压和输入电流的时域表达式包括：
基于分析所述电路模型获取的整流器输入电压波形图，获取整流器输入电压的时域表达式；
整流器输入电压的时域表达式具体包括：
其中，u rec表示整流器输入电压，U b表示u rec的幅值，θ表示角度变量。
进一步地，所述基于分析所述电路模型获取的整流器输入电压波形图，通过基尔霍夫电压定律列写回路电压方程，分别获取整流器输入电压和输入电流的时域表达式还包括：
通过基尔霍夫电压定律列写副边侧的回路电压方程，进一步得到整流器输入电流关于角度变量的二阶微分方程；
求解所述二阶微分方程，获取整流器输入电流的时域表达式；
整流器输入电流的时域表达式具体包括：
其中，；
i rec表示整流器输入电流，C s表示二次侧串联补偿电容，L s表示接收线圈电感，ω表示系统工作角频率，I b表示系统充电电流，U m表示变压器受控电压源的幅值，θ d表示变压器受控电压源与整流器输入电压的相位差。
进一步地，所述基于整流器输入电压和输入电流的时域表达式，通过傅里叶变换，分别获取整流器输入电压和输入电流的基波傅里叶系数包括：
基于整流器输入电压的时域表达式，通过傅里叶变换获取整流器输入电压的频域表达式，进而获取整流器输入电压的基波傅里叶系数；
具体公式包括：
其中，c 1和d 1表示整流器输入电压的基波傅里叶系数。
进一步地，所述基于整流器输入电压和输入电流的时域表达式，通过傅里叶变换，分别获取整流器输入电压和输入电流的基波傅里叶系数还包括：
基于整流器输入电流的时域表达式，通过傅里叶变换获取整流器输入电流的频域表达式，进而获取整流器输入电流的基波傅里叶系数；
具体公式包括：
其中，和b 1表示整流器输入电流的基波傅里叶系数。
进一步地，所述通过整流器输入电压的基波傅里叶系数获取整流器输入电压的基波幅值与相位的公式包括：
其中，表示整流器输入电压的基波幅值，θ u表示整流器输入电压的相位。
进一步地，所述通过整流器输入电流的基波傅里叶系数获取整流器输入电流的基波幅值与相位的公式包括：
其中，表示整流器输入电流的基波幅值，θ i表示整流器输入电流的相位。
进一步地，所述基于整流器输入电压的基波幅值与相位，以及整流器输入电流的基波幅值与相位，获取整流器的等效输入电阻和等效输入电感的公式包括：
其中，R e表示整流器的等效输入电阻，L e表示整流器的等效输入电感，RL表示LCC-S型IPT系统的负载，并且满足。
按照本发明的第二个方面，还提供了一种电子设备，包括至少一个处理单元、以及至少一个存储单元，其中，所述存储单元存储有计算机程序，当所述计算机程序被所述处理单元执行时，使得所述处理单元能够执行上述任一项所述方法的步骤。
按照本发明的第三个方面，还提供了一种存储介质，其存储有可由访问认证设备执行的计算机程序，当所述计算机程序在访问认证设备上运行时，使得所述访问认证设备能够执行上述任一项所述方法的步骤。
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：
本发明提出了一种针对LCC-S型IPT系统的整流器等效负载的计算方法。该方法首先将LCC-S型IPT系统的整流器及后端负载电路等效为电感与电阻串联的电路模型。然后分析整流器的电压电流波形图，通过基尔霍夫电压定律列写回路电压方程，求解整流器输入电压和输入电流的时域表达式。然后对上述时域表达式进行傅里叶变换并求解出整流器输入电压和输入电流的基波幅值与相位。最后基于上述基波幅值与相位求解出整流器的等效输入电阻和等效输入电感。本发明提供一种全新的通用的方法来分析计算LCC-S型IPT系统整流器的等效输入阻抗，进而提高了LCC-S型IPT系统模型的精确度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为现有技术中的IPT系统的电路工作原理图；
图2为本发明实施例提供的一种针对LCC-S型IPT系统整流器的等效负载的计算方法的流程示意图；
图3为本发明实施例提供的LCC-S型IPT系统整流器的输入电压、输入电流和输入电流基波分量的波形图；
图4为本发明实施例提供的采用全桥不控整流的LCC-S型IPT系统的拓扑结构图与等效电路模型图；
图5为本发明实施例提供的LCC-S型IPT系统整流器的输入电压、输入电流和变压器受控电压源的波形图；
图6为本发明实施例提供的不同频率下LCC-S型IPT系统整流器的等效输入阻抗公式计算值与仿真值的对比图；
其中，图6 (a)为频率f=83 kHz时的计算值与仿真值对比图；
图6 (b)为频率f=84 kHz时的计算值与仿真值对比图；
图6 (c) 为频率f=85 kHz时的计算值与仿真值对比图；
图6 (d)为频率f=86 kHz时的计算值与仿真值对比图；
图7为本发明实施例提供的适于实现上文描述的方法的电子设备的方框示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细地说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
本申请的说明书、权利要求书或上述附图中的术语“包括”或“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备并没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还可以包括没有列出的步骤或单元，或可选地还可以包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其他步骤或单元。
正如背景技术部分所述，目前还没有一种通用的方法来分析计算LCC-S型IPT系统整流器的等效输入阻抗，因此，如何通过一种通用的方法来分析计算LCC-S型IPT系统整流器的等效输入阻抗进而提高LCC-S型IPT系统模型的精确度是个亟待解决的技术问题。参考图2，本发明的一个实施例提出了一种针对LCC-S型IPT系统的整流器等效负载的计算方法。该方法首先将LCC-S型IPT系统的整流器及后端负载电路等效为电感与电阻串联的电路模型。然后分析整流器的电压电流波形图，通过基尔霍夫电压定律列写回路电压方程，求解整流器输入电压和输入电流的时域表达式。然后对上述时域表达式进行傅里叶变换并求解出整流器输入电压和输入电流的基波幅值与相位。最后基于上述基波幅值与相位求解出整流器的等效输入电阻和等效输入电感。本申请提供了一种全新的通用的方法来分析计算LCC-S型IPT系统整流器的等效输入阻抗，进而提高了LCC-S型IPT系统模型的精确度。
图3为LCC-S型IPT系统的整流器输入电压u rec、输入电流i rec及输入电流基波分量i rec_f的波形图。从图3中可以看出，u rec相位超前于i rec_f一个角度Φ Z_rec，说明整流器等效负载模型中包含电感成分。
在Matlab/Simulink中进行仿真，将负载R L的变化范围设定为50 Ω～100 Ω，通过Fast Fourier Transform(FFT，即：快速傅里叶变换)得到整流器等效负载模块的输入电压u rec和输入电流i rec的相位角，进而计算出不同负载条件下整流器等效负载模块的输入阻抗角Φ Z_rec，结果如表1所示。从表1中可以看出，u rec相位超前i rec，并且随着系统负载值的增大，整流器等效负载模块的输入阻抗角Φ Z_rec也在增大，可进一步说明整流器等效负载模型中包含了电感成分，并且负载越大时整流器等效负载模块的感性越强。
表1 不同负载条件下整流器等效负载的输入阻抗角
参考图4，构建包括串联的整流器等效输入电阻和整流器等效输入电感的LCC-S型IPT系统电路模型。LCC-S型IPT系统由全桥逆变电路模块（电源）、LCC-S补偿网络模块（线圈）以及整流电路模块（即整流器模块或负载部分）三部分组成。全桥逆变电路模块中的直流电压源U dc提供整个系统的电能输入，开关管G 1 ～G 4构成高频逆变电路；LCC-S补偿网络模块由一次侧补偿电感L r、一次侧并联补偿电容C r、一次侧串联补偿电容C p、二次侧串联补偿电容C s、发射线圈电感L p和接收线圈电感L s构成。R p 、R s以及M分别为发射线圈等效内阻、接收线圈等效内阻以及发射线圈与接收线圈之间的互感；在整流器模块中，开关管D 1 ～D 4、滤波电容C0及滤波电感L 0构成整流滤波电路，将二次侧高频交流电整流为直流输出至负载侧。
参考图4下半部分的等效电路模型，u inv为全桥逆变电路模块输出的方波电压，i inv为逆变器输出电流；u p为发射端并联补偿电容C r上的电压，i p为发射线圈的电流；u rec和i rec为整流器输入电压和输入电流；R e为整流器模块等效输入电阻，L e为整流器模块等效输入电感，系统工作角频率为ω。
基于分析电路模型获取的整流器输入电压波形图，通过基尔霍夫电压定律列写回路电压方程，分别获取整流器输入电压和输入电流的时域表达式。
具体的，为了计算整流器的等效输入阻抗，首先要分析整流电路（整流器）模块的电压和电流。变压器可以等效为受控电压源jωMi p，如图4所示，为方便表示，记为u m，如图5所示，由于发射侧LCC高阶补偿网络具有较好的滤波作用，发射线圈电流可认为只含有基波成分，因此，受控电压源u m可视为正弦波，并且作为整流电路的电压源。u rec和i rec为整流器输入电压和输入电流，记u rec和i rec的正零交叉点为零坐标，θ d是u m与u rec的相位差，那么，受控电压源u m的时域表达式可如公式（1）所示，其中U m是u m的幅值。
（1）
整流器输入电压u rec可近似为方波，那么，u rec的时域表达式可如公式（2）所示，其中U b是u rec的幅值。
（2）
假设接收侧电感和电容上的电压分别为u L 、u C，根据基尔霍夫电压定律可以列写副边侧的回路电压方程：
（3）
其中:
（4）
把公式（4）代入公式（3），可以得到整流器输入电流i rec关于θ的二阶微分方程，如公式（5）所示。
（5）
求解这个二阶微分方程，可以求出i rec的时域表达式，如公式（6）所示。
（6）
如图5所示，当θ＝0，π和2π时，i rec＝0。另外，i rec正半周期的平均值是充电电流I b，所以，求解出公式（6）中的各未知量分别为：
；
基于整流器输入电压和输入电流的时域表达式，通过傅里叶变换，分别获取整流器输入电压和输入电流的基波傅里叶系数。
具体的，根据公式（6），通过傅里叶变换计算出i rec的频域表达式，进而可以求出i rec的基波傅里叶系数和b 1。
（7）
通过整流器输入电流的基波傅里叶系数获取整流器输入电流的基波幅值与相位，具体的，根据公式（7），可以得到整流器输入电流i rec的基波幅值与相位θ i，都是关于充电电压U b（u rec的幅值）和充电电流I b的函数，如公式（8）所示。
（8）
根据公式（8），i rec的相位θ i的正弦值和余弦值可以用公式（9）表示。
（9）
同理，通过整流器输入电压的基波傅里叶系数获取整流器输入电压的基波幅值与相位，具体的，根据公式（2），通过傅里叶变换计算出u rec的频域表达式，进而可以求出u rec的基波傅里叶系数c 1和d 1，如公式（10）所示。
（10）
进而可以求出整流器输入电压u rec的基波幅值和相位θ u。
（11）
基于整流器输入电压的基波幅值与相位，以及整流器输入电流的基波幅值与相位，获取整流器的等效输入电阻和等效输入电感。具体公式包括：
（12）
其中，R e表示整流器的等效输入电阻，L e表示整流器的等效输入电感，RL表示LCC-S型IPT系统的负载，并且满足。
可以看出，整流器等效输入阻抗和接收侧补偿网络参数有关，因此，该公式（12）可适用于接收侧为串联型的拓扑结构中。这里的整流器等效输入阻抗是指整流器的等效输入电阻R e和整流器的等效输入电抗X e（X e=ωL e）。
建立如图1所示的LCC-S型IPT系统，谐振频率设定为85 kHz。设定系统负载R L的变化范围为20 Ω～100 Ω，分别在频率为83 kHz、84 kHz、85 kHz和86 kHz下进行仿真，通过测量整流器输入电压、输入电流的基波幅值与相位，获取整流器输入阻抗的大小，然后将获取的仿真值与公式（12）计算出的理论计算值进行对比，结果如图6所示。
从图6中可以看出，随着系统负载R L的增大，整流器等效输入电阻R e和整流器等效输入电感L e均增大，根据公式（12）计算的整流器等效输入阻抗值与仿真值相吻合，验证了公式（12）的正确性。
图7示意性示出了根据本发明的实施例的适于实现上文描述的方法的电子设备的方框图。图7示出的电子设备仅仅是一个示例，不应对本发明的实施例的功能和使用范围带来任何限制。
如图7所示，本实施例中所描述的电子设备1000，包括：处理器1001，其可以根据存储在只读存储器(ROM)1002中的程序或者从存储部分1008加载到随机访问存储器(RAM)1003中的程序而执行各种适当的动作和处理。处理器1001例如可以包括通用微处理器(例如CPU)、指令集处理器和/或相关芯片组和/或专用微处理器(例如，专用集成电路(ASIC))，等等。处理器1001还可以包括用于缓存用途的板载存储器。处理器1001可以包括用于执行根据本公开实施例的方法流程的不同动作的单一处理单元或者是多个处理单元。
在RAM 1003中，存储有系统1000操作所需的各种程序和数据。处理器1001、ROM1002以及RAM 1003通过总线1004彼此相连。处理器1001通过执行ROM 1002和/或RAM 1003中的程序来执行根据本公开实施例的方法流程的各种操作。需要注意，所述程序也可以存储在除ROM 1002和RAM 1003以外的一个或多个存储器中。处理器1001也可以通过执行存储在所述一个或多个存储器中的程序来执行根据本公开实施例的方法流程的各种操作。
根据本公开的实施例，电子设备1000还可以包括输入/输出(I/O)接口1005，输入/输出(I/O)接口1005也连接至总线1004。系统1000还可以包括连接至I/O接口1005的以下部件中的一项或多项：包括键盘、鼠标等的输入部分1006；包括诸如阴极射线管(CRT)、液晶显示器(LCD)等以及扬声器等的输出部分1007；包括硬盘等的存储部分1008；以及包括诸如LAN卡、调制解调器等的网络接口卡的通信部分1009。通信部分1009经由诸如因特网的网络执行通信处理。驱动器1010也根据需要连接至I/O接口1005。可拆卸介质1011，诸如磁盘、光盘、磁光盘、半导体存储器等等，根据需要安装在驱动器1010上，以便于从其上读出的计算机程序根据需要被安装入存储部分1008。
根据本公开实施例的方法流程可以被实现为计算机软件程序。例如，本公开的实施例包括一种计算机程序产品，其包括承载在计算机可读存储介质上的计算机程序，该计算机程序包含用于执行流程图所示的方法的程序代码。在这样的实施例中，该计算机程序可以通过通信部分1009从网络上被下载和安装，和/或从可拆卸介质1011被安装。在该计算机程序被处理器1001执行时，执行本公开实施例的系统中限定的上述功能。根据本公开的实施例，上文描述的系统、设备、装置、模块、单元等可以通过计算机程序模块来实现。
本发明的实施例还提供了一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质可以是上述实施例中描述的设备/装置/系统中所包含的；也可以是单独存在，而未装配入该设备/装置/系统中。上述计算机可读存储介质承载有一个或者多个程序，当上述一个或者多个程序被执行时，实现根据本公开实施例的方法。
根据本公开的实施例，计算机可读存储介质可以是非易失性的计算机可读存储介质，例如可以包括但不限于：便携式计算机磁盘、硬盘、随机访问存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦式可编程只读存储器(EPROM或闪存)、便携式紧凑磁盘只读存储器(CD-ROM)、光存储器件、磁存储器件、或者上述的任意合适的组合。在本公开的实施例中，计算机可读存储介质可以是任何包含或存储程序的有形介质，该程序可以被指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用。例如，根据本公开的实施例，计算机可读存储介质可以包括上文描述的ROM 1002和/或RAM 1003以外的一个或多个存储器。
需要说明的是，在本发明各个实施例中的各功能模块可以集成在一个处理模块中，也可以是各个模块单独物理存在，也可以两个或两个以上模块集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。所述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来。
附图中的流程图或框图，图示了按照本公开各种实施例的系统、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或代码的一部分，上述模块、程序段、或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。还要注意的是，框图或流程图中的每个方框、以及框图或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或操作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。
本领域技术人员可以理解，本公开的各个实施例和/或权利要求中记载的特征可以进行多种组合和/或结合，即使这样的组合或结合没有明确记载于本公开中。特别的，在不脱离本公开精神和教导的情况下，本公开的各个实施例和/或权利要求中记载的特征可以进行多种组合和/或结合，所有这些组合和/或结合均落入本公开的范围。
尽管已经参照本公开的特定示例性实施例示出并描述了本公开，但是本领域技术人员应该理解，在不背离所附权利要求及其等同物限定的本公开的精神和范围的情况下，可以对本公开进行形式和细节上的多种改变。因此，本公开的范围不应该限于上述实施例，而是应该不仅由所附权利要求来进行确定，还由所附权利要求的等同物来进行限定。
Claims (9)
1.一种获取LCC-S型IPT系统整流器等效负载的方法，其特征在于，包括：
构建包括串联的整流器等效输入电阻和整流器等效输入电感的LCC-S型IPT系统电路模型；
基于分析所述电路模型获取的整流器输入电压波形图，通过基尔霍夫电压定律列写回路电压方程，分别获取整流器输入电压和输入电流的时域表达式，具体包括通过基尔霍夫电压定律列写副边侧的回路电压方程，进一步得到整流器输入电流关于角度变量的二阶微分方程；求解所述二阶微分方程，获取整流器输入电流的时域表达式；整流器输入电流的时域表达式具体包括：
；
其中，；
i rec表示整流器输入电流，C s表示二次侧串联补偿电容，L s表示接收线圈电感，ω表示系统工作角频率，I b表示系统充电电流，U m表示变压器受控电压源的幅值，θ d表示变压器受控电压源与整流器输入电压的相位差，U b表示整流器输入电压的幅值，θ表示角度变量；
基于整流器输入电压和输入电流的时域表达式，通过傅里叶变换，分别获取整流器输入电压和输入电流的基波傅里叶系数；
通过整流器输入电压的基波傅里叶系数获取整流器输入电压的基波幅值与相位，通过整流器输入电流的基波傅里叶系数获取整流器输入电流的基波幅值与相位；
基于整流器输入电压的基波幅值与相位，以及整流器输入电流的基波幅值与相位，获取整流器的等效输入电阻和等效输入电感。
2.如权利要求1所述的获取LCC-S型IPT系统整流器等效负载的方法，其特征在于，所述基于分析所述电路模型获取的整流器输入电压波形图，通过基尔霍夫电压定律列写回路电压方程，分别获取整流器输入电压和输入电流的时域表达式，还包括：
基于分析所述电路模型获取的整流器输入电压波形图，获取整流器输入电压的时域表达式；
整流器输入电压的时域表达式具体包括：
；
其中，u rec表示整流器输入电压，U b表示u rec的幅值，θ表示角度变量。
3.如权利要求2所述的获取LCC-S型IPT系统整流器等效负载的方法，其特征在于，所述基于整流器输入电压和输入电流的时域表达式，通过傅里叶变换，分别获取整流器输入电压和输入电流的基波傅里叶系数包括：
基于整流器输入电压的时域表达式，通过傅里叶变换获取整流器输入电压的频域表达式，进而获取整流器输入电压的基波傅里叶系数；
具体公式包括：
；
其中，c 1和d 1表示整流器输入电压的基波傅里叶系数。
4.如权利要求3所述的获取LCC-S型IPT系统整流器等效负载的方法，其特征在于，所述基于整流器输入电压和输入电流的时域表达式，通过傅里叶变换，分别获取整流器输入电压和输入电流的基波傅里叶系数还包括：
基于整流器输入电流的时域表达式，通过傅里叶变换获取整流器输入电流的频域表达式，进而获取整流器输入电流的基波傅里叶系数；
具体公式包括：
；
其中，和b 1表示整流器输入电流的基波傅里叶系数。
5.如权利要求4所述的获取LCC-S型IPT系统整流器等效负载的方法，其特征在于，所述通过整流器输入电压的基波傅里叶系数获取整流器输入电压的基波幅值与相位的公式包括：
；
其中，表示整流器输入电压的基波幅值，θ u表示整流器输入电压的相位。
6.如权利要求5所述的获取LCC-S型IPT系统整流器等效负载的方法，其特征在于，所述通过整流器输入电流的基波傅里叶系数获取整流器输入电流的基波幅值与相位的公式包括：
；
其中，表示整流器输入电流的基波幅值，θ i表示整流器输入电流的相位。
7.如权利要求6所述的获取LCC-S型IPT系统整流器等效负载的方法，其特征在于，所述基于整流器输入电压的基波幅值与相位，以及整流器输入电流的基波幅值与相位，获取整流器的等效输入电阻和等效输入电感的公式包括：
；
其中，R e表示整流器的等效输入电阻，L e表示整流器的等效输入电感，RL表示LCC-S型IPT系统的负载，并且满足。
8.一种电子设备，其特征在于，包括至少一个处理单元、以及至少一个存储单元，其中，所述存储单元存储有计算机程序，当所述计算机程序被所述处理单元执行时，使得所述处理单元能够执行权利要求1～7任一项所述方法的步骤。
9.一种存储介质，其特征在于，其存储有可由访问认证设备执行的计算机程序，当所述计算机程序在访问认证设备上运行时，使得所述访问认证设备能够执行权利要求1～7任一项所述方法的步骤。
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Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106992683A (zh) * | 2017-03-14 | 2017-07-28 | 南京航空航天大学 | 一种电压源与电流源复合激励非接触变换电路 |
| US20200373785A1 (en) * | 2019-05-20 | 2020-11-26 | Utah State University | Wireless charger for underwater vehicles fed from a constant current distribution cable |
| WO2022127462A1 (zh) * | 2020-12-14 | 2022-06-23 | 中国人民解放军海军工程大学 | Ipt系统抗偏移参数优化方法、系统及计算机设备 |
| CN116207768A (zh) * | 2023-01-18 | 2023-06-02 | 杭州电力设备制造有限公司 | 一种混合多端直流系统的直流故障检测方法 |
-
2023
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Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106992683A (zh) * | 2017-03-14 | 2017-07-28 | 南京航空航天大学 | 一种电压源与电流源复合激励非接触变换电路 |
| US20200373785A1 (en) * | 2019-05-20 | 2020-11-26 | Utah State University | Wireless charger for underwater vehicles fed from a constant current distribution cable |
| WO2022127462A1 (zh) * | 2020-12-14 | 2022-06-23 | 中国人民解放军海军工程大学 | Ipt系统抗偏移参数优化方法、系统及计算机设备 |
| CN116207768A (zh) * | 2023-01-18 | 2023-06-02 | 杭州电力设备制造有限公司 | 一种混合多端直流系统的直流故障检测方法 |
Non-Patent Citations (4)
| Title |
|---|
| MICKELBUDHIA, JOHN T.BOYS, GRANT A.COVIC AND CHANG-YU HUANG: "Development of a Single-Sided Flux Magnetic Coupler for Electric Vehicle IPT Charging Systems", IEEE TRANSACTIONS ON INDUSTRIAL ELECTRONICS, vol. 60, no. 1 * |
| 石坤宏;程志江;陈星志;杨涵棣;王裕;黄凯;: "基于SiC的高频双边LCC无线能量传输装置的研究与实现", 高电压技术, no. 09 * |
| 翁汉;李雪华;鲁俊生;李振兴;万毅;林湘宁;: "特高压换流变压器对称性涌流的生成及其对大差保护的影响", 电力系统自动化, no. 05 * |
| 苏玉刚;方少乾;唐春森;李砚玲;张新军;: "电流型IPT系统广义状态空间平均法建模与分析", 世界科技研究与发展, no. 03 * |
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