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非接触供电系统工程化关键技术及其应用研究

作　者: 顾佳炜
导　师: 楼佩煌
学　校: 南京航空航天大学
专　业: 机械电子工程
关键词: 非接触供电 有轨小车 高频逆变 谐振补偿拓扑 拾电器
分类号: TM72
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要


有轨小车(Rail Guide Vehicle ,RGV)由于其承载大、速度快、控制简单、定位精度高等特点得到了非常广泛的应用,其形式也在不断发展。但是RGV传统的电缆拖链、滑触式等供电方式已经不能完全满足实际应用的需求。非接触供电技术(Contactless Power Supply ,CPS)因为其安全、可靠、灵活等特点为RGV提供了一种革命性的供电方式。本文首先以RGV供电方式为研究对象,探讨了应用非接触供电技术的可行性。在此基础上建立了原边电缆与拾电器之间的互感耦合模型,得到了提高拾电器最大输出功率的方法。本文在深入研究非接触供电原边系统和副边拾电器核心技术的基础上,根据有轨小车的应用需求设计了有轨小车用非接触供电系统高频逆变控制箱;重点分析了不同性质拾电器等效负载下,反射阻抗为纯电阻的条件;完成了原边并联谐振补偿拓扑恒流输出特性以及输出波形特性的理论分析和软件仿真;通过对电磁场的有限元分析软件仿真,提出了E形磁芯电磁拾取机构的最佳设计方案;分析了拾电器谐振补偿拓扑,提出了新的LCLC谐振补偿拓扑;分析了拾电器稳压输出的条件,得到了拾电器直流稳压输出的工程化应用方案。在以上研究和分析的基础上,本文完成了基于非接触供电技术的有轨小车系统机械结构、小车控制板设计、无线通信的设计;完成了基于非接触供电技术的有轨小车系统试验平台的搭建和测试。试验结果表明,基于非接触供电技术的有轨小车系统运行稳定可靠,可满足工程化应用的需求。最后,对本文所做的研究工作和取得的成果进行了总结,并对需要进一步完善的工作进行了展望。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-13
第一章 绪论  13-18
  1.1 有轨小车系统概述  13-15
    1.1.1 有轨小车系统简介  13-14
    1.1.2 有轨小车的供电现状和对策  14-15
  1.2 非接触供电技术概述  15-17
    1.2.1 非接触供电技术简介  15
    1.2.2 非接触供电技术发展现状  15-16
    1.2.3 非接触供电技术的前景  16-17
  1.3 课题的来源及主要研究内容  17-18
第二章 有轨小车非接触供电系统总体设计  18-22
  2.1 非接触供电系统的基本原理和结构  18-19
  2.2 原边电缆与拾电器的互感耦合模型  19-20
  2.3 有轨小车供电需求分析  20-21
  2.4 有轨小车非接触供电系统总体设计  21
  2.5 本章小结  21-22
第三章 有轨小车非接触供电原边系统设计  22-42
  3.1 高频逆变控制箱的设计  22-33
    3.1.1 高频逆变电路的简介  22-23
    3.1.2 全桥式逆变电路的工作原理  23
    3.1.3 PWM 波形时序分析  23-25
    3.1.4 状态保持时间δ消除特定次谐波  25-27
    3.1.5 高频逆变硬件电路设计  27-32
    3.1.6 高频逆变控制程序设计  32-33
  3.2 原边谐振补偿拓扑设计  33-41
    3.2.1 反射阻抗分析  34-36
    3.2.2 原边并联谐振补偿拓扑分析  36-38
    3.2.3 原边谐振补偿拓扑特性仿真  38-41
  3.3 原边电缆的选择  41
  3.4 本章小结  41-42
第四章 有轨小车非接触供电拾电器的设计  42-59
  4.1 拾电器电磁拾取机构的设计  42-51
    4.1.1 拾电器电磁拾取机构类型分析  42-43
    4.1.2 拾电器电磁拾取机构磁芯材料的选择  43
    4.1.3 拾电器电磁拾取机构绕组线圈的选择  43-44
    4.1.4 拾电器感应耦合性能的有限元分析  44-51
  4.2 拾电器电路拓扑的设计  51-58
    4.2.1 拾电器谐振补偿拓扑设计  51-54
    4.2.2 拾电器电压调节拓扑设计  54-58
  4.3 本章小结  58-59
第五章 非接触供电技术在有轨小车中的应用  59-69
  5.1 有轨小车非接触供电系统机械结构设计  59-61
    5.1.1 非接触供电原边系统机械结构设计  59-60
    5.1.2 有轨小车机械结构设计  60
    5.1.3 有轨小车非接触供电系统整体机械结构  60-61
  5.2 基于非接触供电技术的有轨小车控制板设计  61-66
    5.2.1 变频电机驱动有轨小车控制板的设计  61-64
    5.2.2 直流电机驱动有轨小车控制板的设计  64-65
    5.2.3 有轨小车无线通信的设计  65-66
  5.3 基于非接触供电技术的有轨小车系统试验平台  66-68
  5.4 本章小结  68-69
第六章 总结与展望  69-71
  6.1 总结  69-70
  6.2 展望  70-71
参考文献  71-74
致谢  74-75
在学期间的研究成果及发表的学术论文  75-76
附录  76-86

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中图分类: > 工业技术 > 电工技术 > 输配电工程、电力网及电力系统 > 输配电技术
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