用于传输电能的方法和装置制造方法及图纸

提供了用于传输电能的方法和装置。方法之一包括：使用以下，将电能从电能源传输到电能接收器：变频器，用于将来自电能源的电流转换为高频电流；发射谐振特斯拉变压器和接收谐振特斯拉变压器，所述变压器的绕组的低电位端子接地；电能传输线路。所述方法还包括：利用来自电能源的电能在所述发射变压器的绕组中激发谐振振荡以在传输线路中提供电流激励，并经由传输线路向所述接收变压器的绕组传输能量以在其中激发谐振振荡，这实际上确保了从所述接收变压器到所述电能接收器的能量传输。所述方法简化了操作并降低了传输系统的成本，由于电场和磁场的强度降低改善了传输线路的环境状况，减少了传输线路的导体电容对特斯拉变压器的谐振绕组的影响。

【技术实现步骤摘要】
用于传输电能的方法和装置
本专利技术涉及电气工程，尤其涉及在固定对象之间以及在固定电源与接收电能的可移动设备之间使用谐振技术传输电能的装置和方法。
技术介绍
已知一种用于经由长距离单线线路转换和传输电能的方法和装置，其由N.Tesla在1897年研发，(N.Tesla的美国专利No.593138)，ElectricalTransformer，申请日1897年3月20日，授权日1897年11月2日；N.Tesla的美国专利No.645576，Systemoftransmissionofelectricalenergy，申请日1897年9月，授权日1900年3月20日。根据N.Tesla的专利技术，所述系统由具有谐振升压绕组的两个(发射和接收)谐振变压器和连接谐振升压绕组的高电位端子的导体构成，所述谐振升压绕组是圆柱状线圈架(former)上长线的单层螺旋状四分之一波段。两个变压器的谐振四分之一波绕组的低电位端子在变压器结构附近直接接地。发射变压器的低压绕组连接到高频发生器的输出，高频发生器是将源能量转换为交流电能的变频器(converter)，该交流电能的频率等于谐振单线电能传输系统的谐振频率。接收变压器的低压绕组连接至耗能负载。将单层高压螺旋绕组的一个端子接地，并将这些绕组的其他端子连接到连接螺旋绕组的高压端子的导线，结果为沿高压绕组产生电流的电磁振荡的驻波创造了条件，所述驻波的波长约为每个谐振高压螺旋绕组的长度的4倍。λ＝4·l这里：λ是电能传输系统中驻波的长度；l是N.Tesla变压器的螺旋高压绕组的长度。谐振振荡的半个驻波被形成为沿整个传输系统，即从发射谐振变压器的高压螺旋绕组的接地低电位端子沿谐振绕组，以及连接发射变压器和接收变压器的高压绕组的高电位端子的单线线路的导体，沿着接收变压器的高压谐振绕组直到接收变压器的接地低电位端子。这里，L是谐振变压器之间的距离。驻波模式的特征是电流和电压振荡的振幅在强度上沿电能传输系统变化。在系统中形成电流和电位升高和降低的区域。系统中电流或电位波动最大的区域称为电流或电位波腹(antinode)，振幅最小或为零的区域称为电流或电位波节(node)。在N.Tesla传输系统中，电位波腹形成于发射和接收四分之一波变压器的高电位端子以及单线电能传输线处。电流波节也位于此处。电流波腹位于四分之一波变压器的低电位部分和端子上以及其低电位端子的接地连接中。在传输线路上设置电流波节显著降低了电能传输线路中的电流，这实际上有助于明显降低电能传输过程中的损耗，这是该方法的一个优点。已知的用于电能传输的方法的一个缺点是，在增加传输距离的情况下，波传输机制很容易退化。由此，增加了传输线路的接地导体的电容。传输线路的接地导体的电容被设置为与谐振变压器的四分之一波绕组并联连接。当发射接地导体的电容达到谐振绕组的接地电容(groundconductor)时，变压器失去波特性，因此电位以及电流波腹和波节消失。在经由配置为电缆的线路传输能量的情况下，电容短路的影响更为严重。已知方法的另一个缺点是接地连接中的高焦耳损耗，因为电流的驻波的波腹在其中形成。在另一种已知的用于传输电能的方法和装置中(俄罗斯联邦专利No.2572360，申请日2013年10月18日，授权日2016年1月10日；Bul.1，作者：TrubnikovV.Z.,StrebkovD.S.,NekrasovA.I.)，电能通过使用单线线路连接N.Tesla变压器的高电位端子来传输，其中发射变压器和接收变压器二者都制成为半波的。发射变压器的低压供电绕组以及接收变压器的低压绕组被设置在谐振高压绕组的顶部，在其中点处，位于电流波腹的区域中。因此，消除了将低电位端子接地的要求，并且在电流波腹的中部相对于高压绕组的一半的能量反射器的角色由半波谐振绕组的另一半承担。因此，谐振绕组在设计过程中的损耗比在接地连接中的损耗在更大程度上易于计算，因此可以在很大程度上最小化，并且如果需要移动发射变压器，也可以重新定位发射变压器的位置。已知方法和装置的缺点是设备的维护复杂，这与传输期间在传输线路上使用非常高的电位相关联。与所提出的方案最接近的方案是已知的通过产生高频谐振振荡和两个高频谐振变压器来传输电能的谐振方法和装置，所述两个高频谐振变压器为一个升压变压器和一个降压变压器，其谐振高频绕组连接到高于地表面并高于螺旋绕组的孤立导电球体，其高度允许球体作为孤立电容器工作，其电场与单层螺旋绕组的电场弱相互作用，在发射和接收特斯拉变压器的低电位端子之间包括单线电能传输线路。利用激励低压绕组，在特斯拉发射变压器的谐振绕组中激发低电位端子处的电流波腹的谐振振荡，电流波腹为单线线路供电，电磁能量沿着单线线路传输到N.Tesla接收变压器(俄罗斯联邦专利No.2577522，申请日2014年5月19日，授权日2016年3月20日，Bul.No.8，作者TrubnikovV.Z.，StrebkovD.S.，NekrasovA.I.，RutskoiA.S.，MoiseevM.V.)。已知方法和装置的缺点是在传输线路上存在电流波腹，以及与之相关了的传输线路中的焦耳损耗增加。所提出的专利技术的目的是提高电能的谐振传输效率，主要是在中小距离上，减少传输线路的导体的电容对发射和接收四分之一波特斯拉变压器的谐振绕组的影响，减少接地连接中的电损耗，简化谐振变压器的设计。
技术实现思路
通过使用以高频电流进行能量传输的波机制(当使用时，传输线路中的电流明显比通过电流波腹传输能量时的电流小)，以及通过使用在传输线路上存在的电位明显比以电位波腹传输能量时的电位低的情况下传输能量的波机制，使用所提出的专利技术使得电能的谐振传输效率提高，主要在中小距离上，其中谐振变压器的高电位端子保持空接(unconnected)、低电位端子接地。事实上，在所提出的方法中，传输线路上没有潜在的波腹，也没有波腹电流，这简化了操作并降低了传输系统的成本，由于电场和磁场的强度降低而改善了传输线路上的环境状况，简化了电缆线路与特斯拉变压器的匹配。以上技术成果是通过以下传输电能的方法来实现的，所述方法包括：使用以下，将电能从电能源传输到电能接收器：变频器，用于将来自所述电能源的电流转换为高频电流；发射谐振特斯拉变压器和接收谐振特斯拉变压器，所述变压器的绕组的低电位端子接地；以及电能传输线路，其中所述传输线路包括在所述发射变压器和所述接收变压器的谐振绕组的固定点或可动点之间，其中输出阻抗的绝对值等于所述传输线路的输入或输出阻抗，所述变频器经由电容器使用与所述发射变压器的绕组磁感应耦合的耦合绕组而连接到所述发射变压器，所述电能接收器经由电容器使用与所述接收变压器的绕组磁感应耦合的耦合绕组而连接到所述接收变压器，所述方法还包括：利用来自所述电能源的电能在所述发射变压器的绕组中激发谐振振荡，以在所述传输线路中提供电流激励，并经由所述传输线路向所述接收变压器的绕组传输能量，以在其中激发谐振振荡，这实际上确本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于传输电能的方法，包括：/n使用以下，将电能从电能源传输到电能接收器，/n变频器，用于将来自所述电能源的电流转换为高频电流，/n发射谐振特斯拉变压器和接收谐振特斯拉变压器，所述变压器的绕组的低电位端子接地，以及/n电能传输线路，其中/n所述传输线路包括在所述发射变压器和所述接收变压器的谐振绕组的固定点或可动点之间，其中输出阻抗对应于所述传输线路的输入或输出阻抗，/n所述变频器经由电容器使用与所述发射变压器的绕组磁感应耦合的耦合绕组而连接到所述发射变压器，/n所述电能接收器经由电容器使用与所述接收变压器的绕组磁感应耦合的耦合绕组而连接到所述接收变压器，/n所述方法还包括：/n利用来自所述电能源的电能在所述发射变压器的绕组中激发谐振振荡，以在所述传输线路中提供电流激励，以及/n经由所述传输线路向所述接收变压器的绕组传输能量，以在其中激发谐振振荡，这实际上确保了从所述接收变压器到所述电能接收器的能量传输。/n

【技术特征摘要】
20190917 RU 20191291681.一种用于传输电能的方法，包括：
使用以下，将电能从电能源传输到电能接收器，
变频器，用于将来自所述电能源的电流转换为高频电流，
发射谐振特斯拉变压器和接收谐振特斯拉变压器，所述变压器的绕组的低电位端子接地，以及
电能传输线路，其中
所述传输线路包括在所述发射变压器和所述接收变压器的谐振绕组的固定点或可动点之间，其中输出阻抗对应于所述传输线路的输入或输出阻抗，
所述变频器经由电容器使用与所述发射变压器的绕组磁感应耦合的耦合绕组而连接到所述发射变压器，
所述电能接收器经由电容器使用与所述接收变压器的绕组磁感应耦合的耦合绕组而连接到所述接收变压器，
所述方法还包括：
利用来自所述电能源的电能在所述发射变压器的绕组中激发谐振振荡，以在所述传输线路中提供电流激励，以及
经由所述传输线路向所述接收变压器的绕组传输能量，以在其中激发谐振振荡，这实际上确保了从所述接收变压器到所述电能接收器的能量传输。


2.根据权利要求1所述的用于传输电能的方法，其中，进一步经由电流逆变器将所述高频电流的能量转换为适合于供应给负载的电流能量来传输能量。


3.根据权利要求1至2中任一项所述的用于传输电能的方法，其中，所述发射变压器和所述接收变压器的绕组的高电位端子连接到孤立电容器。


4.根据权利要求3所述的用于传输电能的方法，其中，所述孤立电容器被制成为导电球体或圆环体。


5.根据权利要求1至4中任一项所述的用于传输电能的方法，其中，所述传输线路为单线传输线路。


6.一种用于传输电能的方法，包括：
使用以下，将电能从电能源传输到电能接收器，
变频器，用于将来自所述电能源的电流转换为高频电流，
发射谐振特斯拉变压器和接收谐振特斯拉变压器，以及
电能传输线路，其中
所述传输线路包括在所述发射变压器和所述接收变压器的谐振绕组的固定点或可动点之间，其中输出阻抗对应于所述传输线路的输入或输出阻抗，
所述变频器包括在所述发射变压器的谐振绕组的低电位端子与接地连接之间，
所述电能接收器包括在所述接收变压器的谐振绕组的低电位端子与接地连接之间，
所述方法还包括：
利用来自所述电能源的电能在所述发射变压器的绕组中激发谐振振荡，以在所述传输线路中提供电流激励，以及
经由所述传输线路向所述接收变压器的绕组传输能量，以在其中激发谐振振荡，这实际上确保了从所述接收变压器到所述电能接收器的能量传输。


7.根据权利要求6所述的用于传输电能的方法，其中，所述电能接收器经由电流逆变器而连接到所述接收变压器的谐振绕组的低电位端子，所述电流逆变器将所述高频电流的能量转换为适合于供应给负载的电流能量。


8.根据权利要求6至7中任一项所述的用于传输电能的方法，其中，所述发射变压器和所述接收变压器的谐振绕组的高电位端子连接到孤立电容器。


9.根据权利要求8所述的用于传输电能的方法，其中，所述孤立电容器被制成为导电球体或圆环体。


10.根据权利要求6至9中任一项所述的用于传输电能的方法，其中，所述传输线路为单线传输线路。


11.一种用于传输电能的方法，包括：
使用以下，将电能从电能源传输到电能接收器，
变频器，用于将来自所述电能源的电流转换为高频电流，
发射谐振特斯拉变压器和接收谐振特斯拉变压器，以及
两个电能传输线路，其中
所述两个传输线路包括在所述发射变压器和所述接收变压器的谐振绕组的固定点或可动点之间，其中输出阻抗对应于所述传输线路的输入或输出阻抗，
所述变频器经由电容器使用与所述发射变压器的绕组磁感应耦合的耦合绕组而连接到所述发射变压器，
所述电能接收器经由电容器使用与所述接收变压器的绕组磁感应耦合的耦合绕组而连接到所述接收变压器，
所述方法还包括：
利用来自所述电能源的电能在所述发射变压器的绕组中激发谐振振荡，以在所述传输线路中提供电流激励，以及
经由所述传输线路向所述接收变压器的绕组传输能量，以在其中激发谐振振荡，这实际上确保了从所述接收变压器到所述电能接收器的能量传输。


12.根据权利要求11所述的用于传输电能的方法，其中，所述两个传输线路为单线传输线路。


13.根据权利要求12所述的用于传输电能的方法，其中，所述两个单线传输线路被制成为彼此分开。


14.根据权利要求12所述的用于传输电能的方法，其中，所述两个单线传输线路被制成为彼此集成为一体的隔离双绞线对，所述传输线路之间以及所述传输线路与地之间具有所需的电强度水平。


15.根据权利要求11至14中任一项所述的用于传输电能的方法，其中，所述发射特斯拉变压器和所述接收特斯拉变压器的绕组的中部接地。


16.根据权利要求11至15中任一项所述的用于传输电能的方法，进一步经由电流逆变器将所述高频电流的能量转换为适合于供应给负载的电流能量来传输能量。


17.根据权利要求11至16中任一项所述的用于传输电能的方法，其中，所述发射变压器和所述接收变压器的绕组的高电位端子连接到孤立电容器。


18.根据权利要求17所述的用于传输电能的方法，其中，所述孤立电容器被制成为导电球体或圆环体。


19.一种用于传输电能的方法，包括：
使用以下，将电能从电能源传输到电能接收器，
变频器，用于将来自所述电能源的电流转换为高频电流，
发射谐振特斯拉变压器和接收谐振特斯拉变压器，以及
两个电能传输线路，其中
所述两个传输线路包括在所述发射变压器和所述接收变压器的谐振绕组的固定点或可动点之间，其中输出阻抗对应于所述传输线路的输入或输出阻抗，
所述变频器通过使所述变频器的电输出与所述发射变压器的谐振绕组的导体串联而连接到所述发射变压器，
所述电能接收器通过使所述电能接收器的电输入与所述接收变压器的谐振绕组的导体串联而连接到所述接收变压器，
所述方法还包括：
利用来自所述电能源的电能在所述发射变压器的绕组中激发谐振振荡，以在所述传输线路中提供电流激励，以及
经由所述传输线路向所述接收变压器的绕组传输能量，以在其中激发谐振振荡，这实际上确保了从所述接收变压器到所述电能接收器的能量传输。


20.根据权利要求19中所述的用于传输电能的方法，其中，进一步经由电流逆变器将所述高频电流的能量转换为适合于供应给负载的电流能量来传输能量。


21.根据权利要求19至20中任一项所述的用于传输电能的方法，其中，所述两个传输线路为单线传输线路。


22.根据权利要求19至21中任一项所述的用于传输电能的方法，其中，所述两个单线传输线路被制成为彼此分开。


23.根据权利要求19至21中任一项所述的用于传输电能的方法，其中，所述两个单线传输线路被制成为彼此集成为一体的隔离双绞线对，所述传输线路之间以及所述传输线路与地之间具有所需的电强度水平。


24.根据权利要求19至23中任一项所述的用于传输电能的方法，其中，所述发射变压器和所述接收变压器的绕组的高电位端子连接到孤立电容器。


...

【专利技术属性】
技术研发人员：T·V·扎哈罗维奇，T·A·鲍里索维奇，T·O·弗拉基米罗维奇，
申请(专利权)人：弗洛格控股有限公司，
类型：发明
国别省市：塞浦路斯;CY