[发明专利]用于主动地产生无功功率并将其施加到感性传输系统中的设备和方法

说明书

本发明涉及用于主动地产生无功功率并将其施加到感性传输系统(12)中的设备(3)和方法，该设备至少包括用于主动地产生无功功率的装置(1)和用于耦入无功功率的装置(2)，所述无功功率能借助功率电子的调整环节主动地产生，所述调整环节至少包括功率电子的电路(1.1)和电能量中间存储器(1.2)，由装置(1)产生的无功功率能通过变压器耦入感性传输系统(12)中。

技术领域

本发明涉及用于主动地产生无功功率并将其施加到感性传输系统中的设备和方法。

背景技术

在通过弱耦合的线圈以无接触的方式传输能量时，产生大的杂散场，由所述杂散场造成传输系统的大的无功功率需求。因此，为了有效率地传输能量需要补偿感性的无功功率。为此，在初级侧和次级侧使用电容器，所述电容器的尺寸设计显著地确定系统特性。

在此，已知感性传输系统的在90％(并且部分地甚至在其以上)的范围中的高的效率。同样已知的是，高的效率在此总是涉及额定工作点，也就是说在满载、优化的平衡和优化的定位中。

在部分负载或者参数或位置改变时，效率和可传输的有功功率由于传输系统相对于参数改变的高敏感度而迅速降低。尤其是线圈系统在错误定位时的升高的无功功率需求除了更差的效率之外也导致提高的磁场发射和功率半导体的更差的切换条件，因此需要超尺寸设计。

通过跟踪理想的平衡可以避免所指出的缺点。这样在所有被研究的干扰影响下不产生传输系统的提高的无功功率需求，从而在参数和定位改变时，可传输的有功功率和效率能够在同时降低系统成本的情况下提高。在装置的运行中，为了跟踪平衡，假定有理想的可连续调节的电容量。然而实现这种可变的补偿被证明是困难的。

在调节感性传输系统时可以区分有初级侧的和次级侧的调节方法。因为要调节的输出参量施加在次级侧上，所以在初级侧的调节方法中需要附加的通讯信道，该通讯信道提高系统复杂性并且限制调节动态性能。此外，初级侧的调节不适用于包括多个用电器的系统，从而使用领域被限制。

在次级侧的调节中，基本上在利用附加的DC/DC转换器进行调节与短路控制之间进行区分。如果为了调节而使用DC/DC转换器，则除了有源的调整环节之外需要DC中间电路，该DC中间电路提高所需要的结构空间、重量和系统成本。借助短路控制，可以在包括电流输出端的系统中通过短接负载来限制输出功率。

在包括电压输出端的系统中，可以(类似于在包括电流输出端的系统中对负载回路的短接)打开负载回路、也就是说以空载控制进行工作，以便限制输出功率。在此，除了节省DC中间电路之外，与在使用DC/DC转换器时相比实现更高的效率。利用两个方法只能够限制输出功率。例如在错误定位时不能提高被消耗的功率。

同样已知，在运行中对平衡电容器的操纵也适用于在次级侧调节输出参量。在此，可以通过降低所接纳的视在功率在次级侧的有功功率接纳相同时取得在部分负载范围中的高的效率。然而为此需要连续的、动态的并且损耗少的调整介入，以用于在运行中操纵补偿电容器，为此当前没有可行的调整环节存在。

同样已知如下设备，在该设备中对于可变的补偿电容器存在带有PWM操控的连接的固定阻抗。在此，切换频率应该至少对应于谐振频率。具有显著较高的频率的操控由于高的谐振频率而不可行，从而可变的电容量通过对于n切换周期接入固定阻抗来产生，并且切换过程与电压过零通过开关来同步。然而由此产生进行馈电的逆变器不连续地受载，这导致逆变器输出电流有振荡倾向。由此造成在初级侧上提高的损耗、提高的磁场发射和功率半导体的较差的切换条件。

这可以在电流通过附加的阻抗以移相操控来调整时避免，如在WO2004/105208A1中公开的。然而，在该方案中，通过开关不可实现切换过程与电压过零的同步，这是由于生硬的切换过程会导致高的切换损耗和高频的振荡。此外，要考虑到由于在谐振回路中切换，构件负载高，这使得需要使用大的、昂贵的并且切换缓慢的IGBT模块。