频逆变器2之后，原边谐波能量反 向注入环节5提取的三次谐波能量经过补偿阻抗15调整相位后通过紧耦合变压器反向注入 到原边能量变换发射环节3中，传至原边能量变换发射环节3的三次谐波信号与直流电源1 通过高频逆变器2产生的高频交流信号进行叠加作用，实现基波通道的三次谐波的完全滤 除，则原边谐波能量反向注入环节5的参数设计满足
[0079 ]其中，Co是选频网络中的选频电容的电容值，U是紧耦合变压器选频端的电感值， L2是选频网络中的选频电感的电感值，ZW是补偿阻抗15的阻抗值，Rl是负载6的阻值A是原 边磁能发射机构9与副边磁能拾取机构10的互感值，M 2是紧耦合变压器两端的互感值。
[0080]所述的原边能量变换发射环节3与原边谐波能量反向注入环节5分别构成基波通 道和三次谐波提取通道反并联于高频逆变器2之后，原边谐波能量反向注入环节5提取的三 次谐波能量经过补偿阻抗15调整相位后通过紧耦合变压器反向注入到原边能量变换发射 环节3中（如图2,当系统添加三次谐波提取通道后，流过选频网络13的电流频率是流过原边 磁能发射机构9电流频率的三倍，即选频网络13能够很好地筛选出系统中的三次谐波），传 至原边能量变换发射环节3的三次谐波信号与直流电源1通过高频逆变器2产生的高频交流 信号进行叠加作用(如图3,基波通道的原边磁能发射机构9和原边谐振补偿电容7两端电压 波形为一个方波电压和一个反相位的三次谐波电压的叠加，即反向三次谐波信号通过紧耦 合变压器传入基波通道，并与高频逆变器2产生的方波信号进行叠加），实现了基波通道三 次谐波的完全滤除。当高频逆变器2的工作频率是20kHz时，三次谐波信号即为60kHz的交流 信号，如图4和图5,在未添加三次谐波提取通道时，三次谐波信号能量占高频交流信号能量 的2.27%，添加高次谐波提取通道后，三次谐波信号能量占高频交流信号的0.48%，系统添 加三次谐波提取通道后，三次谐波含量大大减小，滤波效果明显。经过叠加之后的信号经过 原边谐振补偿电容7传至原边磁能发射机构9,副边磁能拾取机构10基于电磁感应原理拾取 原边磁能发射机构9上的能量，经过副边谐振补偿电容11和整流滤波电路12为负载6供电。
【主权项】
1. 一种特定谐波消除无线电能传输系统，其特征是：该系统包括直流电源、高频逆变 器、原边能量变换发射环节、副边能量接收变换环节、原边谐波能量反向注入环节和负载； 直流电源与高频逆变器连接，高频逆变器与并联输入端的原边能量变换发射环节和原边谐 波能量反向注入环节连接;原边能量变换发射环节通过紧耦合变压器与原边谐波能量反向 注入环节连接;原边能量变换发射环节通过原边磁能发射机构及副边磁能拾取机构与副边 能量接收变换环节形成电能无线传输通道，实现电能的无线传输； 原边能量变换发射环节与原边谐波能量反向注入环节分别构成基波通道和三次谐波 提取通道反并联于高频逆变器之后，原边谐波能量反向注入环节提取的三次谐波信号经过 补偿阻抗调整相位后通过紧耦合变压器反向注入到原边能量变换发射环节中，传至原边能 量变换发射环节的三次谐波信号与直流电源通过高频逆变器产生的高频交流信号进行叠 加作用，实现基波通道三次谐波的完全滤除;经过叠加之后的信号经过原边谐振补偿电容 传至原边磁能发射机构，副边磁能拾取机构基于电磁感应原理拾取原边磁能发射机构上的 能量，经过副边谐振补偿电容和整流滤波电路为负载供电。2. 根据权利要求1所述的一种特定谐波消除无线电能传输系统，其特征是:所述的原边 能量变换发射环节包括原边谐振补偿电容、紧耦合变压器原边端和原边磁能发射机构；原 边谐振补偿电容、原边磁能发射机构及紧耦合变压器原边端串联。3. 根据权利要求1所述的一种特定谐波消除无线电能传输系统，其特征是:所述的副边 能量接收变换环节包括副边磁能拾取机构、副边谐振补偿电容和整流滤波电路;副边磁能 拾取机构与副边谐振补偿电容串联，然后与整流滤波电路输入端连接;整流滤波电路的输 出端并联有电容C 1;并且原边能量变换发射环节和副边能量接收变换环节的固有谐振频率 均为高频逆变器的开关频率，从而构成基波通道，用于传输电能。4. 根据权利要求1所述的一种特定谐波消除无线电能传输系统，其特征是:所述的原边 谐波能量反向注入环节包括选频网络、紧耦合变压器选频端、补偿阻抗;紧耦合变压器选频 端与补偿阻抗串联，然后整体并连于选频网络，从而构成三次谐波提取通道，用于传输电 能;选频网络为选频电容Co和选频电感Lo构成的LC选频网络;原边谐波能量反向注入环节与 原边能量变换发射环节反并联于高频逆变器之后，原边谐波能量反向注入环节提取的三次 谐波能量经过补偿阻抗调整相位后通过紧耦合变压器反向注入到原边能量变换发射环节 中，传至原边能量变换发射环节的三次谐波信号与直流电源通过高频逆变器产生的高频交 流信号进行叠加作用，实现基波通道的三次谐波的完全滤除。5. 根据权利要求2所述的一种特定谐波消除无线电能传输系统，其特征是:紧耦合变压 器原边端与紧耦合变压器选频端绕制于同一"回"型锰锌铁氧体磁芯组成紧耦合变压器。6. 权利要求1所述的一种特定谐波消除无线电能传输系统的设计方法，其特征是:无线 电能传输系统的设计方法，具体步骤如下： 1)副边磁能拾取机构的电感值Ls计算表达式为1^是从整流滤波电路输入端看进去的等效电阻，其阻值为 (2> 副边谐振补偿电容与副边磁能拾取机构串联谐振在高频逆变器的工作频率下，所以， 副边谐振补偿电容Cs计算表达式为其中，ω是高频逆变器的工作角频率，Q是副边谐振补偿品质因数，RL是负载电阻值； 2) 根据系统设计需求，设原边磁能发射机构的电感值LP为一固定值，原边谐振补偿电容 与原边磁能发射机构及紧耦合变压器原边端串联谐振于高频逆变器的工作频率下，则原边 谐振补偿电容的电容值0>计算表达式为其中Lo是紧耦合变压器原边端的电感值。 3) 根据选频网络特性，设紧耦合变压器选频端电感值为L1;，则选频网络中的选频电感 1^的电感值计算表达式为 L2 = Li (5) 同时，选频网络中选频电容Co的电容值的计算表达式为4) 根据选频网络特性，Rl是负载阻值，Mi是原边磁能发射机构与副边磁能拾取机构的互 感值，M2紧耦合变压器两端的互感值，则补偿阻抗的阻抗值Z w计算表达式为
【专利摘要】一种特定谐波消除无线电能传输系统及其设计方法，属于无线电能传输系统及设计方法。该系统包括直流电源、高频逆变器、原边能量变换发射环节、副边能量接收变换环节、原边谐波能量反向注入环节和负载，原边能量变换发射环节与原边谐波能量反向注入环节分别构成基波通道和三次谐波提取通道反并联于高频逆变器之后，原边谐波能量反向注入环节提取的三次谐波能量通过紧耦合变压器反向注入到原边能量变换发射环节中，与直流电源通过高频逆变器产生的高频交流信号进行叠加作用。该系统输入到基波通道的交流电源中消除了三次谐波含量，对基波谐振网络的设计更加简单，减少了由于负载或系统结构改变引起的系统频率稳定性及波形畸变影响。
【IPC分类】H02J3/01, H02J50/12
【公开号】CN105720582
【申请号】CN201610180611
【发明人】夏晨阳, 王延熇, 雷轲, 王卫, 张杨, 郑凯, 马念, 朱文婷
【申请人】中国矿业大学
【公开日】2016年6月29日
【申请日】2016年3月25日