[发明专利]一种基于特斯拉高压线圈短接的单导线电能传输系统

说明书

本发明提出一种基于特斯拉高压线圈短接的单导线电能传输系统，该系统包括电能发射系统、单导线和电能接收系统。电能发射系统中，工频电源产生的工频交流电经整流滤波电路和高频逆变电路后，得到高频交流电，该高频交流电施加到高压绕组短接的特斯拉线圈的低压绕组两端。单导线的一端与电能发射系统中高压绕组短接的特斯拉线圈的高压绕组的下端相连，单导线的另一端与电能接收系统中高压绕组短接的特斯拉线圈的高压绕组的下端相连。电能接收系统中，高压绕组短接的特斯拉线圈的低压绕组两端的高频交流电经整流滤波电路后，得到直流电，该直流电直接为负载供电。

技术领域

本发明提出了一种基于特斯拉高压线圈短接的单导线电能传输系统，属于电力传输技术领域。

背景技术

电能是人类使用最广泛、最便捷的能源。目前，人们主要使用两根或两根以上金属导线构成回路的方法传输电能。从工程上看，远到跨区域调度，近到移动设备充电，基本都是依靠流经电源与负载之间金属导线上的传导电流实现电能的传输。

然而，导线的存在给电能的传输带了很多不便。在远距离输电时，电线塔的搭建和金属导线的使用消耗了大量的金属资源；输电走廊会占用很大的土地面积和空间，这为偏远山区、海上孤岛等难以架设输电线路的场所供电增加了工程难度。另外，由于导线的约束，用电设备移动的灵活性大大降低，在煤矿井下等易燃易爆的场合，若供电用的导线因磨损发生火花放电，还会引发重大的安全事故。因此，人们一直渴望摆脱导线的束缚，实现电能的无线传输。

近年来，无线电能传输技术迅猛发展，按传输机理的不同，可分为磁感应耦合式、磁耦合谐振式、微波辐射式、激光方式、电场耦合式及超声波方式等。然而，已有的无线电能传输技术无法同时实现大功率、远距离、高效率的电能传输。因此，为了逐步实现远距离无线电能传输，本发明提出了一种使用单导线的电能传输系统。该单导线电能传输系统使用一根导线连接用电装置和供电装置。在未来逐步实现远距离和大功率应用时，可以节约金属资源；借助周围导体(例如建筑物内的金属结构、金属围栏等)替代单导线时，可以提高电能传输的灵活性。

发明内容

本发明是一种基于特斯拉高压线圈短接的单导线电能传输系统，该单导线电能传输系统使用一根导线连接电能发射系统和电能接收系统，即以单线的方式实现电能的传输，传输距离和传输功率由电能发射系统与电能接收系统的大小决定。电能发射系统与电能接收系统的核心装置是一种高压绕组短接的特斯拉线圈，它将特斯拉线圈高压绕组的两端用导线连接起来，同时去掉高压绕组顶端的金属导体。

为了达到上述目的，本发明的技术方案为：

一种基于特斯拉高压线圈短接的单导线电能传输系统，该单导线电能传输系统以单线的方式进行远距离(相对目前的磁场耦合式无线电能传输而言)和较大功率的电能传输，包括电能发射系统、单导线和电能接收系统。

所述的电能发射系统由高频电源和高压绕组短接的特斯拉线圈组成。所述的高频电源包括工频电源、整流滤波电路和高频逆变电路。所述的整流滤波电路为电容滤波的三相桥式不可控整流电路。所述的高频逆变电路为电压型全桥逆变电路，主电路的四个功率开关管均为IRFP4242(不限于此型号)，功率开关管的驱动电路中使用了IR公司的IR2110驱动芯片(不限于此驱动芯片)。所述的高压绕组短接的特斯拉线圈的结构基于特斯拉线圈，但是没有高压绕组顶端的金属导体，并且使用导线将高压绕组的上下两端短接，其中低压绕组和高压绕组均采用螺线管式绕法，低压绕组采用截面积3平方毫米的导线，绕制10匝，骨架采用外径200mm的PVC管；高压绕组采用0.33mm的漆包线绕制约3822匝，骨架是外径160mm的PVC管。所述的工频电源产生的工频交流电，经整流滤波电路和高频逆变电路后，得到高频交流电，该高频交流电施加到高压绕组短接的特斯拉线圈的低压绕组两端。