[發(fā)明專利]一種具有多恒流輸出的多容性能量傳輸系統

有效

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• 申請日: 2021-07-21
• 公開（公告）號: CN113541323B
• 公開（公告）日: 2023-08-22
• 發(fā)明（設計）人: 程晨聞;陳婷;鄧富金;花為
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: H02J50/05
• 分類號: H02J50/05;H02J50/50
• 代理公司: 北京同輝知識產權代理事務所(普通合伙) 11357
• 代理人: 邢彬

1.一種具有多恒流輸出的多容性能量傳輸系統，其特征在于，所述傳輸系統包括一個逆變器和呈線性依次排列中繼單元#0-#N，相鄰中繼單元之間通過發(fā)射極板和接收極板之間的電場耦合來進行能量傳輸；

中繼單元#0包含包含發(fā)射極板P₁和P₂，中繼單元#m?包括發(fā)射極板P_4(m-1)+3和P_4(m-1)+4，接收極板P_4m+1和P_4m+2，中繼單元#N包括中繼單元#N包括接收極板P_4(N-1)?+3和P_4(N-1)?+4；中繼單元#0的輸入電壓為逆變器的輸出電壓；

所述中繼單元#0包括補償電感L_{1_1}和L_{1_2}構成的含分裂電感的L補償網絡，以及外部電容C_ex,?1，其中，補償電感L_{1_1}和L_{1_2}的左側與逆變器的輸出相連，右側與外部電容C_ex,?1相連，同時外部電容C_ex,?1與發(fā)射極板P₁和P₂并聯，L_{1_1}?=?L_{1_2}；

所述中繼單元#m?包括補償電感L_{s,?m_1}、L_{s,?m_2}、L_{f,?m+1_1}、L_{f,?m+1_2}和補償電容C_3,?m+1構成的含分裂電感的LCL補償網絡，外部電容C_ex,?2m與C_ex,?2m+1，以及負載電阻R_L,?m，其中，外部電容C_ex,?2m與發(fā)射極板P_4(m-1)+3和P_4(m-1)+4并聯，補償電感L_{s,?m_1}和L_{s,?m_2}左側與外部電容C_ex,?2m相連，負載電阻R_L,?m左側與補償電感L_{s,?m_1}右側相連，負載電阻R_L,?m以及補償電感L_{s,?m_2}的右側與補償電容C_3,?m+1相連，補償電感L_{f,?m+1_1}與L_{f,?m+1_2}的左側與補償電容C_3,?m+1相連，補償電感L_{f,?m+1_1}與L_{f,?m+1_2}的右側與外部電容C_ex,?2m+1相連，外部電容C_ex,?2m+1與接收極板P_4m+1和P_4m+2并聯，L_{s,?m_1}?=?L_{s,?m_2}，L_{f,?m+1_1}?=?L_{f,?m+1_2}；

所述中繼單元#N包括補償電感L_{N_1}和L_{N_2}構成的含分裂電感的L補償網絡，外部電容C_ex,?N，以及負載電阻R_L,?N，其中，外部電容C_ex,?N與接收極板P_4(N-1)?+3和P_4(N-1)?+4并聯，補償電感L_{N_1}和L_{N_2}的左側與外部電容C_ex,?N相連，負載電阻R_L,?N的左側與補償電感L_{N_1}的右側相連，負載電阻R_L,?N的右側與補償電感L_{N_2}的右側相連，L_{N_1}?=?L_{N_2}；

所述中繼單元#0中的發(fā)射極板P₁和P₂在同一平面上，中繼單元#m中的接收極板P_4(m-1)+3和P_4(m-1)+4在同一平面上，中繼單元#m中的發(fā)射極板P_4m+1與P_4m+2在同一平面上，中繼單元#N中的接收極板P_4(N-1)?+3和P_4(N-1)?+4在同一平面上，且中繼單元#m中的接收極板P_4(m-1)+3、P_4(m-1)+4與發(fā)射極板P_4m+1、P_4m+2垂直，所有極板大小相等；

所述中繼單元#0中的發(fā)射極板P₁和P₂構成端口1，中繼單元#m中的接收極板P_4(m-1)+3和P_4(m-1)+4構成端口2m,?中繼單元#m中的發(fā)射極板P_4m+1和P_4m+2構成端口2m+1，中繼單元#N中的接收極板P_4(N-1)?+3和P_4(N-1)?+4構成端口2N；端口a的自電容C_port,?a為：

其中，C_?i,?j為極板P_i和極板P_j之間的耦合電容，i,?j?=?1,?2,?…,?4(N-1)?+4,?i?≠?j；

任意兩個端口a和b之間的互電容C_Ma,?b為：

由于中繼單元#m中包含端口2m與端口2m+1,且極板的正對面積相等，所以可以得到C_4m,?4m?+2=?C_4m-1,?4m?=?C_4m-1,?4m+2?=?C_4m,?4m-1，得到中繼單元#m中的互電容C_M2m,?2m+1為0，從而實現了一種含多個恒流輸出的多容性能量傳輸系統內中繼單元#m的解耦；

端口a和剩余端口的互電容的總和C_Mport,?a為：

。

2.根據權利要求1所述的一種具有多恒流輸出的多容性能量傳輸系統，其特征在于，中繼單元#m-1中的發(fā)射極板P_4(m-1)+1、P_4(m-1)+2與中繼單元#m中的接收極板P_4(m-1)?+3、P_4(m-1)?+4構成電容耦合器m，電容耦合器m的左側端口2m-1和右側端口2m處的內部自電容分別為C_port,?2m-1和C_port,?2m；當左側端口和右側端口分別并聯上外部電容C_ex,?2m-1和C_ex,?2m后，左側端口和右側端口的等效自電容分別為C_s,?2m-1和?C_s,?2m，可以表示為：

從電容耦合器m的左側端口看進去的等效輸入電容C_pri,?m為：

逆變器的工作角頻率為ω₀，為了實現恒流輸出，諧振條件為:

補償電容C_3,?m為:

當忽略所有補償電感和補償電容的寄生電阻時，流過負載R_L,?m的電流I_RL,?m為:

其中，V_in1為逆變器輸出電壓基波分量的有效值，；第一個負載的輸出電流滯后于逆變器輸出電壓90°，I_RL,?m?=?-I_RL,?m-1。