电磁悬浮运输装置无接触供电方案研究

摘要

传统的输电方式需要供电电源和负载之间有电气连接，所以在恶劣环境下或者负载在悬浮状态下或高速移动中要对其供电会受到很大的限制。因此寻求一种更为有效，安全的输电方法显得特别必要。无接触供电系统( Contactless Power System，简称CPS系统)利用磁场耦合进行电能传送，不需要任何电气连接就可以在恶劣环境中或负载悬浮或移动状态下有效地替代传统的输电系统。 采用电磁悬浮的磁悬浮运输装置，在保持负载处于悬浮状态时，为实现在保持动子和定子之间的气隙恒定不变的情况下无接触供电，目前普遍采用的具体解决方案是利用气隙变压器来实现电能的无接触传输。它能实现从电源到与之无任何电气连接甚至相对运动的负载之间的电能传输。针对电磁悬浮系统的特点，本文研究了用无接触供电技术对蓄电池进行充电的供电方案并通过实验验证了其可行性。通常定子线圈中通入三相交变电流，会在气隙中产生电磁场，利用动子侧的励磁线圈中产生的感应电势经整流后对电池进行充电。由于定子线圈比较长，通入三相对称电流会引起较大的定子损耗，导致系统效率比较低。该方案的优点体现在：在定子侧绕组中用不同方式通过电流来产生脉振磁场，这可以提高电磁功率以及改善系统效率。在有限元计算基础上提出了一种通过检测电磁悬浮长定子直线电机的d轴与定子三相线圈的夹角来分配定子三相线圈中电流的方案，并且提出了在动子侧进行串联电容补偿方法来优化这个方案。本文不仅从理论上证明了该方法的正确性，而且在实验中，设计了小型电磁悬浮系统模型来验证该方法，经过大量的实验证明该方法是有效可行的，在提供足够电磁功率的情况下，该方案可以使整个系统达到比较高的效率。该方案有实际的运用价值。