本发明属于无线电能传输，尤其是涉及基于矩阵变换器的无线电能传输系统。
背景技术：
1、无线电能传输系统的应用日益广泛，这得益于其能够通过无接触的方式安全高效地将电能传输到负载。用户无需传统的充电线连接设备，只需将设备放在特定位置即可实现无线充电。无线电能传输系统具有高可靠性，因为它减少了有线电缆可能出现电火花的风险，避免了插拔有线器件带来的磨损。无线电能传输技术可以安全、清洁、灵活地传输电力，有效地应对雨雪、灰尘等恶劣环境。无线电能传输系统在电动汽车、生物医药、家用电器和无人机等领域有不同程度的应用，为人们的生活带来了便捷。未来，无线电能传输将成为一种趋势，人类将走向无线时代。电动汽车作为一种环保、低碳的交通工具，具有丰富的电力资源可以有效应对日益严峻的能源和环境问题。然而，续航里程和充电时长仍是限制电动汽车普及的重要因素。为解决这一问题，通过在停车场或道路上安装无线电能传输设备，电动汽车可以在行驶过程中进行无线充电，提高了电动汽车的便利性和续航里程。无线电能传输技术的发展为电动汽车的普及和可持续发展提供重要支持。美国汽车工程师学会关于电动汽车无线充电的标准被广泛参照，推动了电动汽车的研究和标准化进程。
2、在松耦合的无线电能传输系统中，为了将能量从车辆外部通过气隙传输到车辆内部的接收端，感应链路需要产生强磁场来提高功率传输能力。耦合线圈通过高频交流电产生的磁场进行耦合传输电能，因此有必要将工频交流电转换为高频交流电。目前，无线电能传输系统通常由单相交流电网供电。典型的无线电能传输系统多采用ac-dc-ac两级转换结构。在第一级结构中，整流模块用于保持稳定的直流母线电压和高质量的电流输出。在第二级结构中，dc-ac逆变器生成高频交流电，用于无线电能传输。这种两级转换结构导致功率器件数量增加、转换过程中的能量损耗增多并且需要昂贵的储能元件。
技术实现思路
1、有鉴于此，本发明旨在克服现有技术中上述问题的不足之处，提出基于矩阵变换器的无线电能传输系统。
2、为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
3、基于矩阵变换器的无线电能传输系统，包括三相交流输入电源、lc滤波器、三相-单相矩阵变换器、发射装置、接收装置、整流模块、负载、三相电压采集模块、电流采集模块以及dsp控制器，三相电网通过lc低通滤波器滤除输入电流中的高次谐波，直接与三相-单相矩阵变换器连接，dsp控制器接收三相电压采集模块和电流模块采集的信号，根据调制策略产生驱动信号，驱动信号传递给三相-单相矩阵变换器，三相-单相矩阵变换器通过调制策略对三相电网的工频交流电进行功率调制，实现能量注入状态和自由振荡状态之间的切换，输出高频可控电流，三相-单相矩阵变换器输出的高频交流电流通过发射装置产生交变磁场，并通过线圈耦合，将电能传输到接收装置，接收装置的高频交流电经过整流模块转换为直流电，驱动负载。
4、进一步的，所述三相-单相矩阵变换器包括6个双向开关，每个双向开关由两个mosfet共源极串联构成。
5、进一步的，所述发射装置包括原边发射线圈、以及原边补偿电容，所述接收装置包括副边接收线圈以及副边补偿电容。
6、进一步的，所述调制策略用于调制谐振电流的幅值，通过检测谐振电流的幅值，与设定电流值进行比较，确定开关的组合逻辑，使电路进入能量注入状态或者自由振荡状态，在能量注入状态下，三相-单相矩阵变换器向电路中注入电网能量，使电流振幅增大，在自由振荡状态下，三相-单相矩阵变换器形成一个自由振荡回路，电流在回路中流动，电流振幅减小，如果电路中没有能量消耗，电流等幅振荡。
7、进一步的，所述调制策略根据电流方向、峰值电流和三相电压状态将三相-单相矩阵变换器矩的工作模式分为12种，根据谐振电流的流动方向，将谐振电流的每个周期分为正半周期和负半周期，当电流过零点时，根据前半周期采集到的峰值电流信号和电流方向判断电路是否需要能量注入，如果峰值电流信号的绝对值小于设定电流值且电流方向为负，则在下一个正半周期需要注入能量，进入能量注入工作模式，如果电流的方向为正或峰值电流信号的绝对值大于设定电流值，则不需要注入能量，电路自由振荡，进入自由振荡工作每次输入电路的电压都是此时三相电源的最大线电压，每个工作模式都从电流过零点时开始，并持续到下一个电流过零点，通过开关的组合调制实现高频电流输出。
8、进一步的，所述dsp控制器与三相-单相矩阵变换器矩之间还设有驱动电路。
9、进一步的，所述电流采集模块包括电流霍尔传感器以及电流信号采集电路，所述电流信号采集电路采用双通道比较器，通道一作为过零比较电路，通道二进行电流幅值检测。
10、相对于现有技术，本发明所述的基于矩阵变换器的无线电能传输系统具有以下优势：
11、(1)通过本发明的调制策略，三相-单相矩阵变换器对电网侧的三相工频交流电进行功率调制，实现电路在能量注入状态和自由振荡状态之间的切换，直接输出高频可控电流，不需要直流母线电解电容，可以对谐振电流进行调节，减少了功率开关的操作次数，使功率开关管工作在零电流软开关状态，降低了开关的通断损耗，提高了系统的传输效率，发射线圈通过高频电流将电能传输到接收线圈，完成无线电能传输；
12、(2)本发明使用三相-单相矩阵变换器进行功率调制，消除了直流母线电解电容，减少直流侧电解电容对系统的影响，提高了系统的可靠性和寿命，结构紧凑，功率密度更高，进一步降低实际应用的难度和成本；
13、(3)本发明的调制策略中，根据电流中谐振电流的方向、幅值以及三相电压状态将矩阵变换器的工作模式分为12种，并将谐振电流幅值与设定电流值进行比较，确定功率开关的组合逻辑，使电路处于能量注入状态和自由振荡状态，可以改变设定电流值来调整输出电流幅值和输出功率，具有良好的稳定性和电流波形，适用于动态无线电能传输系统。
1.基于矩阵变换器的无线电能传输系统，其特征在于：包括三相交流输入电源、lc滤波器、三相-单相矩阵变换器、发射装置、接收装置、整流模块、负载、三相电压采集模块、电流采集模块以及dsp控制器，电网三相工频交流电接入，通过lc低通滤波器滤除输入电流中的高次谐波，直接与三相-单相矩阵变换器连接，dsp控制器接收三相电压采集模块和电流采集模块的信号，根据调制策略产生驱动信号，驱动信号传递给三相-单相矩阵变换器，三相-单相矩阵变换器通过调制策略对三相电网的工频交流电进行功率调制，实现能量注入状态和自由振荡状态之间的切换，输出高频可控电流，三相-单相矩阵变换器输出的高频交流电流通过发射装置产生交变磁场，并通过线圈耦合谐振，将电能传输到接收装置，接收装置的高频交流电经过整流模块转换为直流电，驱动负载。
2.根据权利要求1所述的基于矩阵变换器的无线电能传输系统，其特征在于：所述三相-单相矩阵变换器包括6个双向开关，每个双向开关由两个mosfet共源极串联构成。
3.根据权利要求1所述的基于矩阵变换器的无线电能传输系统，其特征在于：所述发射装置包括原边发射线圈、以及原边补偿电容，所述接收装置包括副边接收线圈以及副边补偿电容。
4.根据权利要求2所述的基于矩阵变换器的无线电能传输系统，其特征在于：所述调制策略用于调制谐振电流的幅值，通过检测谐振电流的幅值，与设定电流值进行比较，确定开关的组合逻辑，使电路进入能量注入状态或者自由振荡状态，在能量注入状态下，三相-单相矩阵变换器向电路中注入电网能量，使电流振幅增大，在自由振荡状态下，三相-单相矩阵变换器形成一个自由振荡回路，电流在回路中流动，电流振幅减小，如果电路中没有能量消耗，电流等幅振荡。
5.根据权利要求4所述的基于矩阵变换器的无线电能传输系统，其特征在于：所述调制策略根据电流方向、峰值电流和三相电压状态将三相-单相矩阵变换器矩的工作模式分为12种，根据谐振电流的流动方向，将谐振电流的每个周期分为正半周期和负半周期，当电流过零点时，根据前半周期采集到的峰值电流信号和电流方向判断电路是否需要能量注入，如果峰值电流信号的绝对值小于设定电流值且电流方向为负，则在下一个正半周期需要注入能量，进入能量注入工作模式，如果电流的方向为正或峰值电流信号的绝对值大于设定电流值，则不需要注入能量，电路自由振荡，进入自由振荡工作每次输入电路的电压都是此时三相电源的最大线电压，每个工作模式都从电流过零点时开始，并持续到下一个电流过零点，通过开关的组合调制实现高频电流输出。
6.根据权利要求1所述的基于矩阵变换器的无线电能传输系统，其特征在于：所述dsp控制器与三相-单相矩阵变换器矩之间还设有驱动电路。
7.根据权利要求1所述的基于矩阵变换器的无线电能传输系统，其特征在于：所述电流采集模块包括电流霍尔传感器以及电流信号采集电路，所述电流信号采集电路采用双通道比较器，通道一作为过零比较电路，通道二进行电流幅值检测。
