CN106208414A - 能自动谐振补偿的多初级线圈的感应电能传输系统 - Google Patents

Abstract

一种能自动谐振补偿的多初级线圈的感应电能传输系统，对两个初级线圈的感应电能传输系统，其结构特点是：将高频变压器接入能量发射部分电路，并使其高频变压器一(L₁₂)的一次绕组与初级线圈一的异名端串接，高频变压器一(L₁₂)的二次绕组与初级线圈二的同名端串接；从而，巧妙地将初级线圈一、二之间的互感抵消。该系统在单个逆变器出现故障、停止工作时，非故障逆变器仍工作在谐振状态，系统功率因数高；不影响电网的安全、经济运行。

Description

能自动谐振补偿的多初级线圈的感应电能传输系统

技术领域

本发明涉及一种能自动谐振补偿的多初级线圈的感应电能传输系统。

背景技术

感应电能传输技术已应用于轨道交通列车、电动汽车等大功率设备供电。它与传统依靠导体直接物理接触的电能传输技术相比，其传输电能的过程不受污垢、冰、积水以及其他化学物质的影响，有效地提高了供电安全性和可靠性，有着良好的应用前景。

感应电能传输系统的结构和工作过程为：工频交流电经过整流器整流成直流电，直流电输入到高频逆变器装置后变换成高频的交流电；高频的交流电在初级线圈上激发高频磁场；与初级线圈并不直接接触的次级能量拾取线圈通过高频磁场近场耦合感应出同频交变电压，经过次级电路的电能变换装置变换成负载所需的电能形式供给负载，实现能量的非接触式传输。

近年来，越来越多的研究将感应电能传输系统应用到公共交通中，系统能量供给电源须要提供的功率要达到上百kVA或更大。在传统单逆变器装置单初级线圈作为能量供给侧的方案下，由于高耐压、高耐流和高频率的半导体器件相当昂贵或市场上根本不存在，因此，仅靠传统单逆变器装置单初级线圈方案无法实现。采用多初级线圈的供电结构，每个初级线圈均单独配置一个高频逆变器装置，高频逆变装置通过同一驱动信号控制，接同一直流源，通过多初级线圈的高频磁场叠加提高电源侧能量供给的功率等级。多个能量发送部分同时向负载供电，负载接收的功率为多个能量发送部分的功率之和，从而提高了整个感应电能传输系统的传输功率。但由于多初级线圈之间存在相互耦合关系，造成感应传输系统不能工作在谐振状态，使得逆变器单元输出功率因数低，降低了感应电能传输系统的整体性能，降低了整个感应电能传输系统的传输功率。

多初级线圈的感应电能传输系统中，已有的谐振补偿方法是通过分别在初级线圈支路中串联连接电容，通过选取合适的电容值，既能保证各逆变器工作在谐振状态，又能有效分配各逆变器的输出功率。但其仍存在问题：当一个或者多个能量发送部分发生故障时，保护开关动作切断对应的初级线圈；此时，其它未发生故障仍在工作的能量发送部分则只能工作在非谐振状态，系统的无功功率较大，造成电网的功率因数偏低，电能质量偏低，影响电网安全、经济运行。

发明内容

本发明的发明目的是提供一种能自动谐振补偿的多初级线圈的感应电能传输系统，该感应电能传输系统在单个能量发送部分出现故障、停止工作时，其它能量发送部分仍工作在谐振状态，系统的功率因数高；不影响电网的安全、经济运行。

本发明的实现其发明目的所采用的第一种技术方案是：

一种能自动谐振补偿的多初级线圈的感应电能传输系统，由能量发送部分和能量接收部分组成；能量接收部分的组成是：依次连接的次级线圈、次级补偿电容、整流滤波电路、负载；其特征在于，所述的能量发送部分的组成如下：

高频逆变器一的上输出端依次通过保护开关一、补偿电容一与初级线圈一的上端相连，初级线圈一的下端与高频变压器一的一次绕组的上端相连，高频变压器一的一次绕组的下端与高频逆变器一的下输出端连接；

高频逆变器二的上输出端依次通过双向开关二、补偿电容二与高频变压器一的二次绕组的下端相连，高频变压器一的二次绕组的上端与初级线圈二的上端相连，初级线圈二的下端与高频逆变器二的下输出端连接；

所述的高频变压器一的一次绕组和二次绕组之间的互感等于初级线圈一和初级线圈二之间的互感；

所述的补偿电容一的电容值补偿电容二的电容值由式(1)、(2)确定；

${\stackrel{\‾}{C}}_1=1/\[{\mathrm{\ω}}^2({\stackrel{\‾}{L}}_1+{\stackrel{\‾}{L}}_{12}^1)\]---\left(1\right)$

${\stackrel{\‾}{C}}_2=1/\[{\mathrm{\ω}}^2({\stackrel{\‾}{L}}_2+{\stackrel{\‾}{L}}_{12}^2)\]---\left(2\right)$

所述的次级补偿电容(C_S)的电容值由式(3)确定：

${\stackrel{\‾}{C}}_S=1/\left({\mathrm{\ω}}^2{\stackrel{\‾}{L}}_S\right)---\left(3\right)$

式(1)、(2)、(3)中，ω为系统工作角频率，分别为初级线圈一和初级线圈二的电感值，分别为高频变压器一的一次绕组和二次绕组的电感值，为次级线圈的电感值。

本发明第一种方案的工作过程和原理是：

由于高频变压器一的一次绕组和二次绕组的互感值等于初级线圈一与初级线圈二的互感值，且一次绕组与初级线圈一是异名端相接(初级线圈一的下端与一次绕组的上端相接)，而二次绕组与初级线圈二是同名端相接(初级线圈二的上端与二次绕组的上端相接)。因此，变压器内一、二次绕组的互感与初级线圈一二间的互感相互抵消。故电路中的互感可以不考虑。

由于能量接收部分的电路的等效阻抗Z_c如式(4)所示

$Z_c=\stackrel{\‾}{R}+j\mathrm{\ω}{\stackrel{\‾}{L}}_S+1/\left(j\mathrm{\ω}{\stackrel{\‾}{C}}_S\right)---\left(4\right).$

其中，为负载R的电阻值。

将次级补偿电容的电容值 代入(4)式，得到能量接收部分的电路的等效阻抗Z_c，为纯阻性。

能量接收部分的电路的等效阻抗映射到能量接收部分的初级线圈一、二两个支路的等效阻抗分别为R_eq1、R_eq2如式(5)、式(6)所示。

$R_{eq1}={\mathrm{\ω}}^2{M_{1S}}^2/\stackrel{\‾}{R}...\left(5\right)$

$R_{eq2}={\mathrm{\ω}}^2{M_{2S}}^2/\stackrel{\‾}{R}...\left(6\right)$

其中，M_1S、M_2S分别表示初级线圈一与次级线圈的互感值、初级线圈二与次级线圈的互感值。

初级线圈一的支路的等效阻抗Z_p1如式(7)所示，初级线圈二的支路的等效阻抗Z_p2如式(8)所示。

$Z_{P1}=R_{eq1}+j\mathrm{\ω}{\stackrel{\‾}{L}}_1+j\mathrm{\ω}{\stackrel{\‾}{L}}_{12}^1+1/\left(j\mathrm{\ω}{\stackrel{\‾}{C}}_1\right)\mathrm{....}\left(7\right)$

$Z_{P2}=R_{eq2}+j\mathrm{\ω}{\stackrel{\‾}{L}}_2+j\mathrm{\ω}{\stackrel{\‾}{L}}_{12}^1+1/\left(j\mathrm{\ω}{\stackrel{\‾}{C}}_2\right)\mathrm{....}\left(8\right)$

将补偿电容一的电容值补偿电容二的电容值分别代入(7)式、(8)式，得到初级线圈一、二的等效阻抗Z_P1＝R_eq1、Z_P2＝R_eq2。即本发明的初级线圈一、二支路的阻抗为纯阻性。

由于能量发射部分和能量接收部分的电路的阻抗均为纯阻性，因此在正常工作时整个系统均处于谐振状态。

当感应电能传输系统逆变器一或逆变器二出现故障时，断开对应的双向开关一或二，此时，初级线圈一和变压器一次绕组或者初级线圈二和变压器二次绕组断电，初级线圈一、二之间的互感M₁₂以及变压器一、二次绕组之间的互感M₁₂均为0。由(4)式得到的能量接收部分的阻抗值不变。由(7)式或(8)式得到的初级线圈一、二的阻抗值，一个变为无穷大，另一个不改变。也即，整个系统中能量接收部分的电路的阻抗仍为纯阻性，能量发射部分中一个支路断开，另一个支路的阻抗均为纯阻性，此时虽只有单发射支路工作，但整个系统仍处于谐振状态。

本发明的实现其发明目的所采用的第二种技术方案是，一种能自动谐振补偿的多初级线圈的感应电能传输系统，由能量发送部分和能量接收部分组成；能量接收部分的组成是：依次连接的次级线圈、次级补偿电容、整流滤波电路、负载；其特征在于，所述的能量发送部分的组成如下：

高频逆变器一的上输出端依次通过保护开关一、补偿电容一与初级线圈一的上端相连，初级线圈一的下端与高频变压器一的一次绕组的上端相连，高频变压器一的一次绕组的下端与高频变压器二的一次绕组的上端相连，高频变压器二的一次绕组的下端与高频逆变器一的下输出端连接；

高频逆变器二的上输出端依次通过双向开关二、补偿电容二与高频变压器一的二次绕组的下端相连，高频变压器一的二次绕组的上端与初级线圈二的上端相连，初级线圈二的下端与高频变压器三的一次绕组的上端相连，高频变压器三的一次绕组的下端与高频逆变器二的下输出端连接；

高频逆变器三的上输出端依次通过双向开关三、补偿电容三与高频变压器二的二次绕组的下端相连，高频变压器二的二次绕组的上端与高频变压器三的二次绕组的下端相连，高频变压器三的二次绕组的上端与初级线圈三的上端相连，初级线圈三的下端与高频逆变器三的下输出端连接；

所述的高频变压器一的一次绕组和二次绕组之间的互感等于初级线圈一和初级线圈二之间的互感；所述的高频变压器二的一次绕组和二次绕组之间的互感等于初级线圈一和初级线圈三之间的互感；所述的高频变压器三的一次绕组和二次绕组之间的互感等于初级线圈二和初级线圈三之间的互感；

所述的补偿电容一的电容值补偿电容二的电容值补偿电容三的分别电容值分别由式(4)、(5)、(6)确定；

${\stackrel{\‾}{C}}_1=1/\[{\mathrm{\ω}}^2({\stackrel{\‾}{L}}_1+{\stackrel{\‾}{L}}_{12}^1+{\stackrel{\‾}{L}}_{13}^1)\]---\left(4\right)$

${\stackrel{\‾}{C}}_2=1/\[{\mathrm{\ω}}^2({\stackrel{\‾}{L}}_2+{\stackrel{\‾}{L}}_{12}^2+{\stackrel{\‾}{L}}_{23}^1)\]---\left(5\right)$

${\stackrel{\‾}{C}}_3=1/\[{\mathrm{\ω}}^2({\stackrel{\‾}{L}}_3+{\stackrel{\‾}{L}}_{13}^2+{\stackrel{\‾}{L}}_{23}^2)\]---\left(6\right)$

所述的次级补偿电容(C_S)的电容值由式(7)确定：

${\stackrel{\‾}{C}}_S=1/\left({\mathrm{\ω}}^2{\stackrel{\‾}{L}}_S\right)---\left(7\right)$

式(4)、(5)、(6)、(7)中，ω为系统工作角频率，为次级线圈的电感值，为次级线圈的电感值，分别为初级线圈一、初级线圈二和初级线圈三的电感值，分别为高频变压器一的一次绕组和二次绕组的电感值；分别为高频变压器二的一次绕组和二次绕组的电感值；分别为高频变压器三的一次绕组和二次绕组的电感值。

本发明第二种方案的工作过程和原理是：

由于高频变压器一的一次绕组和二次绕组的互感值等于初级线圈一与初级线圈二的互感值，且高频变压器一的一次绕组与初级线圈一是异名端相接(初级线圈一的下端与一次绕组的上端相接)，而高频变压器一的二次绕组与初级线圈二是同名端相接(初级线圈二的上端与二次绕组的上端相接)。因此，高频变压器一内一、二次绕组的互感与初级线圈一、二间的互感相互抵消。故电路中的初级线圈一、二间的互感带来的影响可以不考虑。同理，高频变压器二内一、二次绕组的互感与初级线圈一、三间的互感相互抵消；高频变压器三内一、二次绕组的互感与初级线圈二、三间的互感相互抵消。故电路中的初级线圈一、三间的互感、初级线圈二、三间的互感带来的影响可以不考虑。

由于能量接收部分的电路的等效阻抗Z_C如式(8)所示。

$Z_C={\stackrel{\‾}{R}}_R+j\mathrm{\ω}{\stackrel{\‾}{L}}_S+1/\left(j\mathrm{\ω}{\stackrel{\‾}{C}}_S\right)---\left(8\right).$

其中，表示整流器输入端的负载值， 表示阻性负载值R的电阻值。

将次级补偿电容的电容值 代入(8)式，得到能量接收部分的电路的等效阻抗Z_C，为纯阻性。

能量接收部分的电路的等效阻抗映射到能量接收部分的初级线圈一、二、三支路的等效阻抗分别为R_Eq1、R_Eq2、R_Eq3如式(9)、式(10)、式(11)、所示。

$R_{Eq1}={\mathrm{\ω}}^2{M_{1S}}^2/{\stackrel{\‾}{R}}_R---\left(9\right)$

$R_{Eq2}={\mathrm{\ω}}^2{M_{2S}}^2/{\stackrel{\‾}{R}}_R---\left(10\right)$

$R_{Eq3}={\mathrm{\ω}}^2{M_{3S}}^2/{\stackrel{\‾}{R}}_R---\left(11\right)$

其中，M_1S、M_2S、M_3S分别表示初级线圈一与次级线圈的互感值、初级线圈二与次级线圈的互感值、初级线圈三与次级线圈的互感值。

初级线圈一的支路的等效阻抗Z_P1如式(12)所示，初级线圈二的支路的等效阻抗Z_P2如式(13)所示，初级线圈三的支路的等效阻抗Z_P3如式(14)所示。

$Z_{P1}=R_{Eq1}+j\mathrm{\ω}{\stackrel{\‾}{L}}_1+j\mathrm{\ω}{\stackrel{\‾}{L}}_{12}^1+j\mathrm{\ω}{\stackrel{\‾}{L}}_{13}^1+1/\left(j\mathrm{\ω}{\stackrel{\‾}{C}}_1\right)---\left(12\right)$

$Z_{P2}=R_{Eq2}+j\mathrm{\ω}{\stackrel{\‾}{L}}_2+j\mathrm{\ω}{\stackrel{\‾}{L}}_{12}^2+j\mathrm{\ω}{\stackrel{\‾}{L}}_{13}^1+1/\left(j\mathrm{\ω}{\stackrel{\‾}{C}}_2\right)---\left(13\right)$

$Z_{P3}=R_{Eq3}+j\mathrm{\ω}{\stackrel{\‾}{L}}_3+j\mathrm{\ω}{\stackrel{\‾}{L}}_{13}^2+j\mathrm{\ω}{\stackrel{\‾}{L}}_{23}^2+1/\left(j\mathrm{\ω}{\stackrel{\‾}{C}}_3\right)---\left(14\right)$

将补偿电容一的电容值补偿电容二的电容值补偿电容三的电容值分别代入(12)式、(13)式、(14)式，得到初级线圈一、二、三的支路的等效阻抗Z_P1＝R_Eq1、Z_P2＝R_Eq2、Z_P3＝R_Eq3。即本发明的初级线圈一、二、三支路的阻抗均为纯阻性。

由于能量发射部分和能量接收部分的电路的阻抗均为纯阻性，因此，在正常工作时整个系统均处于谐振状态。

当感应电能传输系统逆变器一出现故障时，断开对应的双向开关一。此时，初级线圈一、高频变压器一的一次绕组和高频变压器二的一次绕组断电。因为没有电流流过对应的初级线圈一、高频变压器一的一次绕组和高频变压器二的一次绕组支路；从而，初级线圈一与初级线圈二、初级线圈一与初级线圈三的互感M₁₂、M₁₃，以及高频变压器一、二的一、二次绕组之间的互感M₁₂、M₁₃可以不考虑。而初级线圈二、初级线圈三之间的互感M₂₃与高频变压器三的一、二次绕组之间的互感M₂₃仍相互抵消。

当感应电能传输系统逆变器二出现故障时，断开对应的双向开关二。此时，初级线圈二、高频变压器一的二次绕组和高频变压器三的一次绕组断电。因为没有电流流过对应的初级线圈二、高频变压器一的二次绕组和高频变压器三的一次绕组支路；从而，初级线圈二与初级线圈一、初级线圈二与初级线圈三的互感M₁₂、M₂₃，以及高频变压器一、三、的一、二次绕组之间的互感M₁₂、M₂₃可以不考虑。初级线圈一、初级线圈三之间的互感M₁₃与高频变压器二的一、二次绕组之间的互感M₁₃仍相互抵消。

当感应电能传输系统逆变器三出现故障时，断开对应的双向开关三。此时，初级线圈三、高频变压器二的二次绕组和高频变压器三的二次绕组断电。因为没有电流流过对应的初级线圈三、高频变压器二的二次绕组和高频变压器三的二次绕组支路；从而，初级线圈三与初级线圈一、初级线圈三与初级线圈二的互感M₁₃、M₂₃，以及高频变压器二、三、的一、二次绕组之间的互感M₁₃、M₂₃可以不考虑。初级线圈一、初级线圈二之间的互感M₁₂与高频变压器一的一、二次绕组之间的互感M₁₂仍相互抵消。

以上三种故障情况，由(8)式得到的能量接收部分的阻抗值不变；由(12)式、(13)式或(14)式得到的初级线圈一、二、三支路的阻抗值，如属于开关切断的支路，其阻抗变为无穷大，对开关未切断的两个支路的阻抗均不改变。也即，整个系统中能量接收部分的电路的阻抗为纯阻性，能量发射部分中故障支路断开，非故障支路的阻抗仍然均为纯阻性，此时虽只有两个支路工作，但整个系统仍处于谐振状态。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

将一个或三个高频变压器接入能量发射部分电路，并通过高频变压器与两个或三个初级线圈的巧妙连接关系，以抵消初级线圈之间的互感，使得谐振补偿不需考虑初级线圈之间的互感；由两个或三个初级补偿电容分别对初级线圈及绕组的自感值进行补偿，系统工作在谐振状态下。当单个逆变器出现故障时，切断对应故障支路的双向开关，构成一组抵消关系的高频变压器绕组与初级线圈同时断电，剩余的一组或两组高频变压器绕组与初级线圈抵消关系仍然保持。初级补偿电容对初级线圈及绕组的自感值的补偿谐振关系仍然成立。从而整个系统在部分逆变器工作时，仍然处于谐振状态；从而减少了系统的无功功率输出，提高了系统功率因数，不影响电网的安全、经济运行。

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的说明。

附图说明

图1是本发明实施例一的(两初级线圈)感应电能传输系统的电路结构示意图；

图2是本发明实施例二的(三初级线圈)感应电能传输系统的电路结构示意图；

具体实施方式

实施例一

一种能自动谐振补偿的多初级线圈的感应电能传输系统，由能量发送部分和能量接收部分组成：能量发送部分包括：高频逆变器一H₁的上输出端依次通过保护开关一P₁、补偿电容一C₁、初级线圈一L₁与高频逆变器一H₁的下输出端相连；高频逆变器二H₂的上输出端依次通过双向开关二P₂、补偿电容二C₂、初级线圈二L₂与高频逆变器二H₂的下输出端相连；能量接收部分包括：接收部分包括依次连接的次级线圈L_S、次级补偿电容C_S、整流滤波电路K、负载R；其特征在于：

所述的补偿电容一C₁、初级线圈一L₁与高频逆变器一H₁的下输出端相连的具体连接方式是：补偿电容一C₁与初级线圈一L₁的上端相连，初级线圈一L₁的下端与高频变压器T₁₂的一次绕组的上端相连，高频变压器T₁₂的一次绕组的下端与高频逆变器一H₁的下输出端连接；

所述的补偿电容二C₂、初级线圈二L₂与高频逆变器二H₂的下输出端相连的具体连接方式是：补偿电容二C₂与高频变压器T₁₂的二次绕组的下端相连，高频变压器T₁₂的二次绕组的上端与初级线圈二L₂的上端相连，初级线圈二L₂的下端与高频逆变器二H₂的下输出端连接；

所述的高频变压器T₁₂的一次绕组和二次绕组之间的互感等于初级线圈一L₁和初级线圈二L₂之间的互感；

本例所述的补偿电容一C₁的电容值补偿电容二C₂的电容值由式(1)、(2)确定；

${\stackrel{\‾}{C}}_1=1/\[{\mathrm{\ω}}^2({\stackrel{\‾}{L}}_1+{\stackrel{\‾}{L}}_{12}^1)\]---\left(1\right)$

${\stackrel{\‾}{C}}_2=1/\[{\mathrm{\ω}}^2({\stackrel{\‾}{L}}_2+{\stackrel{\‾}{L}}_{12}^2)\]---\left(2\right)$

所述的次级补偿电容(C_S)的电容值由式(3)确定：

${\stackrel{\‾}{C}}_S=1/\left({\mathrm{\ω}}^2{\stackrel{\‾}{L}}_S\right)---\left(3\right)$

实施例二

一种能自动谐振补偿的多初级线圈的感应电能传输系统，由能量发送部分和能量接收部分组成，能量接收部分的组成是：依次连接的次级线圈L_S、次级补偿电容C_S、整流滤波电路K、负载R；其特征在于，所述的能量发送部分的组成如下：

高频逆变器一H₁的上输出端依次通过保护开关一P₁、补偿电容一C₁与初级线圈一L₁的上端相连，初级线圈一L₁的下端与高频变压器一T₁₂的一次绕组的上端相连，高频变压器一T₁₂的一次绕组的下端与高频变压器二T₁₃的一次绕组的上端相连，高频变压器二T₁₃的一次绕组的下端与高频逆变器一H₁的下输出端连接；

高频逆变器二H₂的上输出端依次通过双向开关二P₂、补偿电容二C₂与高频变压器一T₁₂的二次绕组的下端相连，高频变压器一T₁₂的二次绕组的上端与初级线圈二L₂的上端相连，初级线圈二L₂的下端与高频变压器三T₂₃的一次绕组的上端相连，高频变压器三T₂₃的一次绕组的下端与高频逆变器二H₂的下输出端连接；

高频逆变器三H₃的上输出端依次通过双向开关三P₃、补偿电容三C₃与高频变压器二T₁₃的二次绕组的下端相连，高频变压器二T₁₃的二次绕组的上端与高频变压器三T₂₃的二次绕组的下端相连，高频变压器三T₂₃的二次绕组的上端与初级线圈三L₃的上端相连，初级线圈三L₃的下端与高频逆变器三H₃的下输出端连接；

所述的高频变压器一T₁₂的一次绕组和二次绕组之间的互感等于初级线圈一L₁和初级线圈二L₂之间的互感；所述的高频变压器二T₁₃的一次绕组和二次绕组之间的互感等于初级线圈一L₁和初级线圈三L₃之间的互感；所述的高频变压器三T₂₃的一次绕组和二次绕组之间的互感等于初级线圈二L₂和初级线圈三L₃之间的互感；

所述的补偿电容一C₁的电容值补偿电容二C₂的电容值补偿电容三C₃的分别电容值分别由式(4)、(5)、(6)确定；

${\stackrel{\‾}{C}}_1=1/\[{\mathrm{\ω}}^2({\stackrel{\‾}{L}}_1+{\stackrel{\‾}{L}}_{12}^1+{\stackrel{\‾}{L}}_{13}^1)\]---\left(4\right)$

${\stackrel{\‾}{C}}_2=1/\[{\mathrm{\ω}}^2({\stackrel{\‾}{L}}_2+{\stackrel{\‾}{L}}_{12}^2+{\stackrel{\‾}{L}}_{23}^1)\]---\left(5\right)$

${\stackrel{\‾}{C}}_3=1/\[{\mathrm{\ω}}^2({\stackrel{\‾}{L}}_3+{\stackrel{\‾}{L}}_{13}^2+{\stackrel{\‾}{L}}_{23}^2)\]---\left(6\right)$

所述的次级补偿电容(C_S)的电容值由式(7)确定：

${\stackrel{\‾}{C}}_S=1/\left({\mathrm{\ω}}^2{\stackrel{\‾}{L}}_S\right)---\left(7\right)$

式(4)、(5)、(6)、(7)中，ω为系统工作角频率，为次级线圈L_S的电感值，为次级线圈L_S的电感值，分别为初级线圈一L₁、初级线圈二L₂和初级线圈三L₃的电感值，分别为高频变压器一T₁₂的一次绕组和二次绕组的电感值；分别为高频变压器二T₁₃的一次绕组和二次绕组的电感值；分别为高频变压器三T₂₃的一次绕组和二次绕组的电感值。

根据以上实施例一的两个初级线圈的感应电能传输系统和实施例二的三个初级线圈的感应电能传输系统的结构及参数，可类推得到三个以上的多初级线圈的感应电能传输系统的组成、结构及其相应的参数。

Claims (2)

1.一种能自动谐振补偿的多初级线圈的感应电能传输系统，由能量发送部分和能量接收部分组成；能量接收部分的组成是：依次连接的次级线圈(L_S)、次级补偿电容(C_S)、整流滤波电路(K)、负载(R)；其特征在于，所述的能量发送部分的组成如下：

高频逆变器一(H₁)的上输出端依次通过保护开关一(P₁)、补偿电容一(C₁)与初级线圈一(L₁)的上端相连，初级线圈一(L₁)的下端与高频变压器一(T₁₂)的一次绕组的上端相连，高频变压器一(T₁₂)的一次绕组的下端与高频逆变器一(H₁)的下输出端连接；

高频逆变器二(H₂)的上输出端依次通过双向开关二(P₂)、补偿电容二(C₂)与高频变压器一(T₁₂)的二次绕组的下端相连，高频变压器一(T₁₂)的二次绕组的上端与初级线圈二(L₂)的上端相连，初级线圈二(L₂)的下端与高频逆变器二(H₂)的下输出端连接；

所述的高频变压器一(T₁₂)的一次绕组和二次绕组之间的互感等于初级线圈一(L₁)和初级线圈二(L₂)之间的互感；

所述的补偿电容一(C₁)的电容值补偿电容二(C₂)的电容值由式(1)、(2)确定；

${\stackrel{\‾}{C}}_1=1/\[{\mathrm{\ω}}^2({\stackrel{\‾}{L}}_1+{\stackrel{\‾}{L}}_{12}^1)\]---\left(1\right)$

${\stackrel{\‾}{C}}_2=1/\[{\mathrm{\ω}}^2\left({\stackrel{\‾}{L}}_2+{\stackrel{\‾}{L}}_{12}^2\right)\]---\left(2\right)$

所述的次级补偿电容(C_S)的电容值由式(3)确定：

${\stackrel{\‾}{C}}_S=1/\left({\mathrm{\ω}}^2{\stackrel{\‾}{L}}_S\right)---\left(3\right)$

式(1)、(2)、(3)中，ω为系统工作角频率，分别为初级线圈一(L₁)和初级线圈二(L₂)的电感值，分别为高频变压器一(T₁₂)的一次绕组和二次绕组的电感值，为次级线圈(L_S)的电感值。

2.一种能自动谐振补偿的多初级线圈的感应电能传输系统，由能量发送部分和能量接收部分组成；能量接收部分的组成是：依次连接的次级线圈(L_S)、次级补偿电容(C_S)、整流滤波电路(K)、负载(R)；其特征在于，所述的能量发送部分的组成如下：

高频逆变器一(H₁)的上输出端依次通过保护开关一(P₁)、补偿电容一(C₁)与初级线圈一(L₁)的上端相连，初级线圈一(L₁)的下端与高频变压器一(T₁₂)的一次绕组的上端相连，高频变压器一(T₁₂)的一次绕组的下端与高频变压器二(T₁₃)的一次绕组的上端相连，高频变压器二(T₁₃)的一次绕组的下端与高频逆变器一(H₁)的下输出端连接；

高频逆变器二(H₂)的上输出端依次通过双向开关二(P₂)、补偿电容二(C₂)与高频变压器一(T₁₂)的二次绕组的下端相连，高频变压器一(T₁₂)的二次绕组的上端与初级线圈二(L₂)的上端相连，初级线圈二(L₂)的下端与高频变压器三(T₂₃)的一次绕组的上端相连，高频变压器三(T₂₃)的一次绕组的下端与高频逆变器二(H₂)的下输出端连接；

高频逆变器三(H₃)的上输出端依次通过双向开关三(P₃)、补偿电容三(C₃)与高频变压器二(T₁₃)的二次绕组的下端相连，高频变压器二(T₁₃)的二次绕组的上端与高频变压器三(T₂₃)的二次绕组的下端相连，高频变压器三(T₂₃)的二次绕组的上端与初级线圈三(L₃)的上端相连，初级线圈三(L₃)的下端与高频逆变器三(H₃)的下输出端连接；

所述的高频变压器一(T₁₂)的一次绕组和二次绕组之间的互感等于初级线圈一(L₁)和初级线圈二(L₂)之间的互感；所述的高频变压器二(T₁₃)的一次绕组和二次绕组之间的互感等于初级线圈一(L₁)和初级线圈三(L₃)之间的互感；所述的高频变压器三(T₂₃)的一次绕组和二次绕组之间的互感等于初级线圈二(L₂)和初级线圈三(L₃)之间的互感；

所述的补偿电容一(C₁)的电容值补偿电容二(C₂)的电容值补偿电容三(C₃)的分别电容值分别由式(4)、(5)、(6)确定；

${\stackrel{\‾}{C}}_1=1/\[{\mathrm{\ω}}^2({\stackrel{\‾}{L}}_1+{\stackrel{\‾}{L}}_{12}^1+{\stackrel{\‾}{L}}_{13}^1)\]---\left(4\right)$

${\stackrel{\‾}{C}}_2=1/\[{\mathrm{\ω}}^2({\stackrel{\‾}{L}}_2+{\stackrel{\‾}{L}}_{12}^2+{\stackrel{\‾}{L}}_{23}^1)\]---\left(5\right)$

${\stackrel{\‾}{C}}_3=1/\[{\mathrm{\ω}}^2({\stackrel{\‾}{L}}_3+{\stackrel{\‾}{L}}_{13}^2+{\stackrel{\‾}{L}}_{23}^2)\]---\left(6\right)$

所述的次级补偿电容(C_S)的电容值由式(7)确定：

${\stackrel{\‾}{C}}_S=1/\left({\mathrm{\ω}}^2{\stackrel{\‾}{L}}_S\right)---\left(7\right)$

式(4)、(5)、(6)、(7)中，ω为系统工作角频率，为次级线圈(L_S)的电感值，为次级线圈(L_S)的电感值，分别为初级线圈一(L₁)、初级线圈二(L₂)和初级线圈三(L₃)的电感值，分别为高频变压器一(T₁₂)的一次绕组和二次绕组的电感值；分别为高频变压器二(T₁₃)的一次绕组和二次绕组的电感值；分别为高频变压器三(T₂₃)的一次绕组和二次绕组的电感值。