沿导轨移动机电设备非接触供电技术研究

摘要

沿导轨运输设备常用电缆或摩擦方式提供电能。但由于存在电线拖尾、灵活性差、插拔火花等缺点，不适用于某些特殊场合。因此，研究了能够克服上述缺点的新的供电方式：非接触电能传输（Contactless Power Transmission，CPT）。CPT技术以便捷、安全、无拖尾、无污染等优点，在电气工程领域成为了研究热点，能够以非电气接触的方式为静止或者移动用电设备供电。非接触电能传输技术在电子产品、生物医学、特种设备、工业等领域具有广阔的发展空间和应用前景。研究了沿导轨移动的机电设备非接触供电系统，以非接触的方式为电动机类机电负载直接供电。
　　本研究主要内容包括：⑴研究了几种常用的高频逆变电路，分析了不同高频逆变电路的优缺点。选择电压型全桥逆变电路作为逆变电路，简要分析了高频逆变过程；制作了两种高频发射电源：基于数字信号处理器的高频发射电源、频率分档可调的高频发射电源。⑵研究了具有恒压输出特性的阻抗补偿电路，发射端LC补偿，使发射回路等效为并联阻抗近似无限大的发射电流源；接收端串联（S）补偿，使接收回路等效为串联阻抗近似为零的电压源。对LC/S阻抗补偿电路进行电路模型等效和简化分析，并用基于节点电压方程的仿真软件LTspice验证理论分析的正确性。⑶分析了不同频率下耦合线圈线径的选择；分析了常用长导轨发射线圈实现接收线圈在移动过程中互感几乎不发生变化的机理；基于长导轨发射线圈设计并制作了两种耦合系数不同的耦合线圈：平铺旋转式耦合线圈和垂直旋转式耦合线圈。⑶将设计和制作的高频发射电源、阻抗补偿电路、耦合线圈以及电动机负载组合成沿导轨移动机电设备非接触供电系统。分别研究了以下内容：电动机起动特性；SS补偿方式和LC/S补偿方式的稳压特性，并分析了引起输出电压变化的因素；接收线圈在移动过程中互感变化情况；测试了不同位置输出电压、输出功率及效率变化。实验结果表明，沿导轨移动机电设备非接触供电系统电压波动小于15%，空载损耗小于10%，在电动机起升平稳过度后，输出功率均高于2kW，效率高于80%。

目录

声明

1 绪论

1.1 移动运输设备供电现状

1.2 非接触供电技术介绍

1.3 国内外研究现状

1.4 本文研究目的和意义

1.5 本文研究主要内容

2 感应耦合式非接触电能传输原理

2.1 感应耦合式非接触电能传输系统的一般组成

2.2 高频逆变电路

2.3 ICPT系统常用的阻抗补偿电路

2.4 耦合线圈分析

2.5 本章小结

3 沿导轨移动式非接触供电系统设计与制作

3.1 沿导轨移动式非接触供电系统介绍

3.2 沿导轨移动式非接触供电系统高频逆变电源的研究

3.3 沿导轨移动式非接触供电系统阻抗补偿电路研究

3.4 沿导轨移动式非接触供电系统耦合线圈研究

3.5 沿导轨移动式非接触供电系统其他部分设计

3.6 本章小结

4 阻抗补偿电路的仿真对比研究

4.1 阻抗补偿电路的仿真研究

4.2 LC/S阻抗补偿电路的仿真研究

4.3 SS阻抗补偿电路的仿真研究

4.4 本章小结

5 非接触移动供电实验研究

5.1 电动机起动特性实验测试

5.2 SS阻抗补偿电路和LC/S阻抗补偿电路的对比实验研究

5.3 导轨移动起重样机测试实验

5.4 本章小结

结论

参考文献

附录A AWG线规标准

攻读硕士学位期间发表学术论文和申请专利申请情况

致谢