[發(fā)明專利]一種基于特斯拉高壓線圈短接的單導線電能傳輸系統(tǒng)

有效

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• 申請日: 2018-02-05
• 公開（公告）號: CN108400582B
• 公開（公告）日: 2020-12-11
• 發(fā)明（設計）人: 陳希有;藍云江;張澤然;吳茂鵬
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: H02J3/00
• 分類號: H02J3/00
• 代理公司: 大連理工大學專利中心 21200
• 代理人: 梅洪玉

本發(fā)明提出一種基于特斯拉高壓線圈短接的單導線電能傳輸系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括電能發(fā)射系統(tǒng)、單導線和電能接收系統(tǒng)。電能發(fā)射系統(tǒng)中，工頻電源產(chǎn)生的工頻交流電經(jīng)整流濾波電路和高頻逆變電路后，得到高頻交流電，該高頻交流電施加到高壓繞組短接的特斯拉線圈的低壓繞組兩端。單導線的一端與電能發(fā)射系統(tǒng)中高壓繞組短接的特斯拉線圈的高壓繞組的下端相連，單導線的另一端與電能接收系統(tǒng)中高壓繞組短接的特斯拉線圈的高壓繞組的下端相連。電能接收系統(tǒng)中，高壓繞組短接的特斯拉線圈的低壓繞組兩端的高頻交流電經(jīng)整流濾波電路后，得到直流電，該直流電直接為負載供電。

技術領域

本發(fā)明提出了一種基于特斯拉高壓線圈短接的單導線電能傳輸系統(tǒng)，屬于電力傳輸技術領域。

背景技術

電能是人類使用最廣泛、最便捷的能源。目前，人們主要使用兩根或兩根以上金屬導線構(gòu)成回路的方法傳輸電能。從工程上看，遠到跨區(qū)域調(diào)度，近到移動設備充電，基本都是依靠流經(jīng)電源與負載之間金屬導線上的傳導電流實現(xiàn)電能的傳輸。

然而，導線的存在給電能的傳輸帶了很多不便。在遠距離輸電時，電線塔的搭建和金屬導線的使用消耗了大量的金屬資源；輸電走廊會占用很大的土地面積和空間，這為偏遠山區(qū)、海上孤島等難以架設輸電線路的場所供電增加了工程難度。另外，由于導線的約束，用電設備移動的靈活性大大降低，在煤礦井下等易燃易爆的場合，若供電用的導線因磨損發(fā)生火花放電，還會引發(fā)重大的安全事故。因此，人們一直渴望擺脫導線的束縛，實現(xiàn)電能的無線傳輸。

近年來，無線電能傳輸技術迅猛發(fā)展，按傳輸機理的不同，可分為磁感應耦合式、磁耦合諧振式、微波輻射式、激光方式、電場耦合式及超聲波方式等。然而，已有的無線電能傳輸技術無法同時實現(xiàn)大功率、遠距離、高效率的電能傳輸。因此，為了逐步實現(xiàn)遠距離無線電能傳輸，本發(fā)明提出了一種使用單導線的電能傳輸系統(tǒng)。該單導線電能傳輸系統(tǒng)使用一根導線連接用電裝置和供電裝置。在未來逐步實現(xiàn)遠距離和大功率應用時，可以節(jié)約金屬資源；借助周圍導體(例如建筑物內(nèi)的金屬結(jié)構(gòu)、金屬圍欄等)替代單導線時，可以提高電能傳輸?shù)撵`活性。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明是一種基于特斯拉高壓線圈短接的單導線電能傳輸系統(tǒng)，該單導線電能傳輸系統(tǒng)使用一根導線連接電能發(fā)射系統(tǒng)和電能接收系統(tǒng)，即以單線的方式實現(xiàn)電能的傳輸，傳輸距離和傳輸功率由電能發(fā)射系統(tǒng)與電能接收系統(tǒng)的大小決定。電能發(fā)射系統(tǒng)與電能接收系統(tǒng)的核心裝置是一種高壓繞組短接的特斯拉線圈，它將特斯拉線圈高壓繞組的兩端用導線連接起來，同時去掉高壓繞組頂端的金屬導體。

為了達到上述目的，本發(fā)明的技術方案為：

一種基于特斯拉高壓線圈短接的單導線電能傳輸系統(tǒng)，該單導線電能傳輸系統(tǒng)以單線的方式進行遠距離(相對目前的磁場耦合式無線電能傳輸而言)和較大功率的電能傳輸，包括電能發(fā)射系統(tǒng)、單導線和電能接收系統(tǒng)。

所述的電能發(fā)射系統(tǒng)由高頻電源和高壓繞組短接的特斯拉線圈組成。所述的高頻電源包括工頻電源、整流濾波電路和高頻逆變電路。所述的整流濾波電路為電容濾波的三相橋式不可控整流電路。所述的高頻逆變電路為電壓型全橋逆變電路，主電路的四個功率開關管均為IRFP4242(不限于此型號)，功率開關管的驅(qū)動電路中使用了IR公司的IR2110驅(qū)動芯片(不限于此驅(qū)動芯片)。所述的高壓繞組短接的特斯拉線圈的結(jié)構(gòu)基于特斯拉線圈，但是沒有高壓繞組頂端的金屬導體，并且使用導線將高壓繞組的上下兩端短接，其中低壓繞組和高壓繞組均采用螺線管式繞法，低壓繞組采用截面積3平方毫米的導線，繞制10匝，骨架采用外徑200mm的PVC管；高壓繞組采用0.33mm的漆包線繞制約3822匝，骨架是外徑160mm的PVC管。所述的工頻電源產(chǎn)生的工頻交流電，經(jīng)整流濾波電路和高頻逆變電路后，得到高頻交流電，該高頻交流電施加到高壓繞組短接的特斯拉線圈的低壓繞組兩端。