[发明专利]抗偏移的CCC-S型无线电能传输系统及其参数设计方法

权利要求书

1.抗偏移的CCC-S型无线电能传输系统的参数设计方法，所述CCC-S型无线电能传输系统包括全桥逆变模块(I)、LC滤波模块(II)、原边CCC补偿网络(III)、传输线圈(IV)、副边补偿网络(V)和负载(R_L)；其中，所述全桥逆变模块(I)由直流电压源(U_dc)及由第一开关管(S₁)、第二开关管(S₂)、第三开关管(S₃)和第四开关管(S₄)构成的逆变电路组成，所述直流电压源(U_dc)的正极与第一开关管(S₁)和第三开关管(S₃)连接，所述直流电压源(U_dc)的负极与第二开关管(S₂)和第四开关管(S₄)连接，所述第一开关管(S₁)与第二开关管(S₂)连接，所述第三开关管(S₃)与第四开关管(S₄)连接；所述全桥逆变模块(I)的两个输出端产生高频方波交流电，其中一个输出端(1)与LC滤波模块(II)连接，实现对输入方波中除基频分量以外的谐波分量的滤除；所述LC滤波模块(II)的输出端(2)和全桥逆变模块(I)的另一输出端(1＇)共同构成无线电能传输系统的交流输入，为系统提供工作频率的正弦波交流电；原边CCC补偿网络(III)由第一补偿电容(C₁)、第二补偿电容(C₂)和第三补偿电容(C₃)组成，所述LC滤波模块(II)的输出端(2)与第一补偿电容(C₁)连接，所述传输线圈(IV)由原边线圈(L₁)和副边线圈(L₂)组成，所述全桥逆变模块(I)的另一输出端(1＇)分别与第二补偿电容(C₂)和原边线圈(L₁)连接，所述第一补偿电容(C₁)分别与第三补偿电容(C₃)和第二补偿电容(C₂)连接，所述第三补偿电容(C₃)与原边线圈(L₁)连接；所述原边线圈(L₁)与副边线圈(L₂)之间的互感为M，实际过程中任意确定的互感M对应一个确定的耦合系数k，两者满足：其中L₁和L₂分别是原边线圈(L₁)和副边线圈(L₂)的线圈自感值；所述副边线圈(L₂)与副边补偿网络(V)连接，共同构成串联补偿网络；所述副边补偿网络(V)由第四补偿电容(C₄)组成，所述负载(R_L)分别与第四补偿电容(C₄)和副边线圈(L₂)相连接；

其特征在于，所述CCC-S型无线电能传输系统的参数设计方法，包括以下步骤：

1)将原边线圈(L₁)和第三补偿电容(C₃)组成的LC支路看成是串联拓扑，记C_3R为原边线圈(L₁)和第三补偿电容(C₃)完全谐振时该第三补偿电容(C₃)的电容值，则其完全谐振时应当有：设定一个调节变量K₁，令实际选择的第三补偿电容(C₃)的电容值C₃满足C₃＝K₁C_3R，此时有K₁＞1；

2)设原边线圈(L₁)和第三补偿电容(C₃)组成的LC支路的等效电感的电感值为L₃，则有：

记C_2R为在C₁＝0时使得系统等效输入阻抗呈现电阻性的C₂的电容值，其中C₁为第一补偿电容(C₁)的电容值，C₂为第二补偿电容(C₂)的电容值，R_L是负载(R_L)的电阻值，此时系统的等效输入阻抗Z＇_in表示为：

令系统的等效输入阻抗Z＇_in的虚部为0，则有：

求得设定一个调节变量K₂，令实际选择的第二补偿电容(C₂)的电容值C₂满足C₂＝K₂C_2R，此时有K₂＜1；

3)记C₂、C₃、L₁以及Z_r构成的等效阻抗为Z_TPS，其中则有：

要使得系统的等效输入阻抗呈现纯电阻特性，则有：

此时系统的等效输入阻抗Z_in为：

4)根据各支路串并联关系得各支路电流为：

其中，I_C1为第一补偿电容(C₁)上流过的电流，I_L1为原边线圈(L₁)上流过的电流，I_RL为负载(R_L)上流过的电流；

反射阻抗接收到的传输功率P_tran与系统的输出功率P_o相等，则有：

P_o＝P_tran＝|I_L1|²Z_r

5)设定一个最大容许波动范围Δ，其中，P_a是实际的输出功率，观察实际的输出功率P_a能否在预期的耦合系数k的区间内，实现与原本设定的输出功率P_o的误差小于Δ；若在预期的耦合系数k的区间内，实现与原本设定的输出功率P_o的误差小于Δ，则说明上述提出的自由变量K₁和K₂满足设计要求；若不符合则重新按照步骤1)至步骤4)进行补偿元件的参数设计工作。