非接触供电范文
非接触供电范文（精选8篇）
非接触供电 第1篇
关键词：非接触供电,LED车灯,电路设计分析和详述
在汽车开发始出阶段，相关汽车研发单位在汽车引擎盖和汽车后备箱盖等出实施车灯构思实现，但是此种情况通常会导致车灯电线发生损坏。为了避免此类事故发生，最好的办法就是将LED车灯安装在车体之上。针对汽车LED车灯安装现状，对非基础供电LED车灯电路设计进行详细分析和阐述，希望为我国汽车制造行业领域的发展贡献出一份力量。
1 非接触LED车灯供电电路原理探究
相关非接触供电电路中，一般推挽变换器电路线结构是由L1和互感L22原边电路以及相应VT1、VT2所共同构成的，此时控制脉冲功率管VT1、VT2是由PWM控制芯片SG3525所制定合成且其频率值被为50k Hz.
非接触耦合变换器原边和非接触耦合变换器副边流线圈材质都是无铁芯的。其中原边载流线圈是被固定在汽车车身上的，而副边感应线圈所处的位置则与前者有着很大不同，其被固定在可自由转动移位处。原边感应圈和副边感应圈二者均通过磁场性能传递自身能量的。原边线圈中的非接触供电副边电流值应呗稳定在Vso，而VD1到VD4一起构成正规运行非接整流电路，之后再次基础上通过固定滤波进行负载供电程序运行。需要注意的是，当在电阻分压电路进行电压输送的过程中其是将取样电压送入到n RF24E1输入端中的，此时输入端标记为AIO，若过程中不考虑整流电路影响，则非接触副边线圈和补偿电容以及相关负载值三者所构成的等效电路图可使系统得以正常运行。经过仔细分析和运算之后，可以通过公式推导算出谐振频率，其公式为：
2 非接触供电LED车灯无限反馈稳压电路
2.1 非接触供电LED车灯无线发射电路
车辆引擎盖和车辆后备箱灯相关车部件通常情况下都是频繁开闭，假设在此处安装LED车灯，那么车灯导线有可能会受到损坏，所以我们应该在进行权衡分析考虑之后，总结出一套切合实际的非接触车灯LED车灯电路设计方案。在非接触供电LED车灯无线发射电路中，其是由无线传输模块和检测电路共同组合而成，非接触供电LED车灯无线发射电路辅助电源就是上述所说的副边电路，而副边电路的主要作用就是对副边电路输出电压和副边电路输出电流做出检测。当非接触供电LED车灯以正常程序形式运行时，电子分压电路中相应电压信号会与负载电压呈正比，但是当非接触供电LED车灯电压都被固定在10V时，那么此时电阻分压的默认固定值为1V。模拟电压信号和模拟电流信号会被模数转换端口进行非接触LED车灯接收电路数字信号传递。这里需要强调，转换端口信号的合理范围允许数值为0V至2.56V，此时转换端口信号通讯频率为2.3GHz，转换端口晶振频率为16M。
2.2 非接触供电LED车灯无线信号接收
当非接触供电LED车灯无线模块接收到系统程序所传达的数字信号时，无线模块会通过串行转换芯片进行数字信号读入，此时读入模式默认为串行通讯，在读入程序完成之后会将数字信号转换为为1V模拟信号并有相应引脚进行输出程序转换。此种模拟量数值会与相关非接触供电负载电压数值成正比，并在此基础上将模拟信号送达到对应引脚，同时通过对输出脉冲占空比进行适时改变，对非接触供电原边主电路两种开关管适时相应占空比转换。只有这样才能对非接触供电副边电路功率做到有效合理调节以至使得电压平稳。
引脚1就是我们通常所说的运算放大器对应发型信号出入段，此类引脚是以接受反馈引号为主的，但此时引脚2确实对应放大器通向数据信号输入端。通过16引脚标准将输入信号信息以分压形式传递到引脚2处且此时端子值为1V。电容接入端为振荡器定时模式，此刻其为引脚5。当三类连续引脚端结合便可计算出对应频率。综上所述，SG3525振荡频率功计算公式为：
3 非接触供电LED车灯电路波形
非接触供电LED车灯供电电路对应输入电压值为：
此时非接触供电LED车灯电压负载为20W，图为非接触供电LED车灯电路波形示意：
非接触供电LED车灯电路波形示意图
非接触供电LED车灯输入电压值固定在24V±10%时，此时非接触供电LED车灯输入电压值趋于稳定。非接触供电LED车灯电路效率为64%，同时非接触供电LED车灯工作频率为50k Hz。汽车研发单位在汽车引擎盖和汽车后备箱盖等出实施车灯构思实现，但是此种情况通常会导致车灯电线发生损坏。为了避免此类事故发生，最好的办法就是将LED车灯安装在车体之上。在进行具体实践的过程中，非接触供电LED车灯对原边线圈电感补偿电容和副边线圈电感补偿电容都相对敏感。经过对其具体运算和公式导出方针，我们可以对相关有利数值进行计算确定。假设在进行大批量生产非基础供电LED车灯时，应选择精读高且质量好的车灯元件。因为非接触供电LED车灯电路工作温度极限是80摄氏度，在排除无线模块情况之后，剩余芯片均应采用双列直插式方法实施封装工作，此时辅助电源稳压芯片规格应该按照LT1170标准进行生产。
4 结束语
综上所述，本文针对非接触LED车灯供电电路原理和非接触供电LED车灯无限反馈稳压电路以及非接触供电LED车灯电路波形进行详细分析和阐述，我们应对非接触耦合变换器原边和非接触耦合变换器副边流线圈材质进行掌握和了解，同时非接触副边线圈和补偿电容以及相关负载值三者所构成的等效电路图也使我们所要了解的主要内容，通过对电路波形和无线反馈电路的探究，希望为飞接触供电LED车灯生产制造提出相应合理化意见。
参考文献
[1]程啟华,李永新,杨会军.基于分离式变压器的非接触供电技术研究[J].电气应用.2007(8)
[2]金钰飞,闫文吉,吴亮亮,孟岭超,蒋颖姿.非接触供电系统中的电流变换技术研究[J].电工电气.2010(6)
[3]吴永亮,陈国光,孟召丽.弹载参数装定中非接触供电技术分析[J].电源技术应用.2010(9)
[4]苏玉刚,唐春森,孙跃,王智慧.非接触供电系统多负载自适应技术[J].电工技术学报.2009(1)
电气化铁道供电接触网实习报告 第2篇
教学中心：
武汉
年
级：
10秋
专
业：
电气化铁道供电
层
次：
高起专
姓
名：
顾翔
学
号：
10637350
远程与继续教育学院
电气化铁道供电接触网实习报告
一、实习单位及岗位介绍
武汉铁路局武汉供电段舵落口车间综合网工区，主要负责武康二线，汉宜高铁以及长荆附属疏解线，负责供电接触网，电力设备日常保养与检修等工作。
二、实习时间
2010年8月——2012年9月
三、学习过程及实习体会
第一阶段车间对我们进行了《接触网安全工作规程》；《接触网运行检修规程》和《营业线施工安全管理实施办法》的学习。
(一)、学习接触网安全工作规程（简称“安规”）
1、工区安全技术人员对大家进行安全教育，学习《安规》的总则，一般规定、作业制度、高空作业、停电作业、带电作业倒闸作业、作业区的防护等内容。《安规》所列条目，都是总结了接触网上发生的各种事故，从中汲取经验教训甚至是血的教训而编写出来的。所以它有绝对的权威性，现场又称它为保命的规程。
2、《安规》中讲明了作业制度中的有关规定、高空作业要求和不同作业方式下应办理的手续及注意事项。要求凡是从事接触网运行和检修工作的所有人员，都必须经过考试评定安全等级，取得安全合格证后方可参加相应的接触网运行和检修工作;雷电时禁止在接触网上进行作业，有雨、雪、雾或风力在5级以上的恶劣天气时，一般不进行V形天窗作业和带电作业。
3、在作业制度中要求：作业前要填写工作票，工作票分3种：接触网第一种工作票，用于停电作业，就是在接触网停电设备上进行的作业；第二种工作票，用于带电作业，就是在接触网带电设备上进行的作业；第三种工作票，用于远离作业，就是在距离接触网带电设备附近的设备上进行的作业。开工前，作业组工作领导人要宣读工作票内容，作业结束后，要将工作票交给工区由专人统一保管不少于3个月。
4、在高空作业中还规定了，离地3米为接触网高空作业，要设专人对作业人员进行监护，特别指出攀杆作业，登梯作业和车顶作业的有关要求。
5、《安规》中还具体规定了各种作业方式的安全距离、命令程序和安全措施，如停电作业时，应由何人办理停电手续，明确要求，由安全级别不低于3级的作业成员为要令人，向电力调度申请停电。经电力调度审查批准发布作业命令后，才能开始作业。对停电作业前，验电接地的操作方法和安全注意事项都有了严格的规定。在带电作业的命令程序、安全距离、绝缘工具和一般带电作业要求等，都作了详细说明，总之，安规是接触网规程中最重要的规章。
(二)、学习接触网运行检修规程（简称“检规”）学习《检规》总则、第一章运行和管理、第二章检修、第三章技术标准和目录等内容。其中最重要的是技术标准一章，特别是对重要设备中的有关参数要牢记，如拉出值；导线高度、锚段关节、线岔、电位器补偿器、中心锚结和软横跨等有关技术规定，接触网维修人员在检修接触网设备时，应严格遵守检规技术要求。
第一节：接触网零件、线索及绝缘子
一、接触网零件
接触网各导线之间、导线与支持结构之间、支持结构与支柱之间的所有连接器件，统称为接触网零件。
(一)零件分类
接触网零件按用途可以分为：悬吊零件、定位零件、连接零件、锚固零件以及支撑零件。按零件的制造材料分为：铸黄铜件：用于铜线中的线夹连接；可锻铸铁件：用于承力和外形复杂且用量较多的零件；灰口铸铁件：用于承受压力的垫块及非承力零件；普通碳素钢件：用于圆钢、角钢、槽钢等型材锻制或焊接零件。
（二）零件的使用要求
接触网零件在使用前，除了检查是否符合型号、规格之外，还应对零件进行外观检查，其应符合下列要求：
1．表面应光洁、无裂纹、毛刺、砂眼、气泡等缺陷。
2．零件的活动部位应灵活，配套连接无障碍。
3．凡经过热镀锌的零件，应锌层均匀，无脱落、锈蚀现象。
4．焊接零件应连续焊实，无虚焊、假焊等现象。
二、线索
接触网线索主要有接触线、承力索及附加导线。
（一）接触线
接触线的功用是保证质量良好地向电力机车供电。接触线应具有良好的导电性，具备足够的机械强度和耐磨性。我国目前采用的接触线有铜接触线和钢铝接触线两种。
1.铜接触线：铜接触线一般由电解铜硬拉制成。它具有良好的导电性能，有足够的机械强度，耐腐蚀，施工安装及运营维修方便等优点。但耗费大量铜材，价格较高。铜接触线可分为TCG-
110、TCG-100、TCG85 等型号。TCG 表示铜接触线，后面的数字为标称截面积，单位为mm2。
2.钢铝接触线：钢铝接触线的上部为铝，作为导电部分，下部为钢以保证有足够的机械强度和耐磨性，两种金属采用压接的方法构成。钢铝接触线具有机械强度高、稳定性好、耐磨耗、造价低等优点。但施工、维修困难，钢铝处易开裂，抗腐蚀能力差等。钢铝接触线分为215GLCA 100和173GLCA 80 两种型号，GLCA和GLCB分别表示钢铝接触线的两种规格，后面分式的分母表示该型接触线截面的总面积，分子表示导电性能相当于铜接触线的截面积，单位为mm2。
（二）承力索
承力索的主要功用是通过吊弦将接触线悬吊起来，提高悬挂的稳定性，与接触线并联供电。承力索应能承受较大的张力，具有较强的抗腐蚀能力，随温度变化较小。承力索一般采用单芯多层铰线。目前我国采用的有铜承力索和钢承力索两种。
1.铜承力索：铜承力索导电性能好，抗腐蚀能力强。但价格较贵，机械性能比钢承力索低，随温度变化较大。铜承力索的常用型号有：TJ-95，TJ-120 等。TJ 表示铜绞线(也称铜承力索)，后面的数字表示标称截面积，单位为mm2。
2.钢承力索
钢承力索的优点是机械强度高，随温度变化小，造价低。但导电性能差，抗腐蚀能力差。目前采用镀铝锌钢绞线(表示符号：LXGJ)其缺点得到了一定改善。钢承力索常用型号有：GJ-50，GJ-70 等。GJ 表示钢承力索(也称钢绞线)，后面的数字为标称截面积，单位为mm2。
三、绝缘子
绝缘子的作用是保持接触悬挂对地的电气绝缘。由于绝缘子是串接在支持装臵或接触悬挂中，所以绝缘子应具备承受一定机械负荷的能力。绝缘子多数是瓷质的，由瓷土加入石英砂和长石烧制而成，表面涂有一层光滑的釉，以防止水份渗入瓷内。钢件与瓷件用不低于42.5MPa 的硅酸盐水泥胶合剂浇注在一起。接触网常用的绝缘子有：悬式、棒式、针式和柱式四种类型。其绝缘子的电气性能：
1．绝缘子干闪络电压：指绝缘子在干燥、清洁的状态时，施加电压使其表面达到闪络时的最低电压。
2．绝缘子的湿闪络电压：指雨水在降落方向与绝缘子表面呈45 度角淋在绝缘子表面时，使其闪络的最低电压。绝缘子发生闪络时，只是瓷体表面放电，而瓷体本身未受损害，闪络消失后绝缘性能即可恢复。发生闪络后，其绝缘性能有所下降，容易再次发生闪络。击穿电压。指绝缘子瓷体被击穿而失去绝缘作用的最低电压。绝缘子击穿后不能继续使用，必须更换。绝缘子的冲击闪络电压则表示了绝缘子满足一定防雷要求的电气性能指标。绝缘子的电气性能不是一成不变的，随着时间的增长，其绝缘强度会逐渐下降，这种现象称为老化。泄漏距离(又称爬电距离)是指沿绝缘子表面的曲线展开长度。轻污区泄漏距离规定为920mm，重污区规定为1200mm。
第二节 碗臂及其装配
一、碗臂的组成
腕臂装配是应用最为广泛的支持装臵。其装配结构形式较多，主要有中间柱、转换柱、中心柱、道岔柱、定位柱装配等类型。根据支柱所在的线路位臵(直线、曲线)、侧面限界的大小等分为不同的装配形式。腕臂根部通过棒式绝缘子，与安设在支柱上的腕臂底座相连接；其顶端通过套管铰环、调节板及杵环杆(或压管)、悬式绝缘子串(或棒式绝缘子)与旋转腕臂拉杆底座固定在支柱顶部。杵环杆和拉杆底座、腕臂与腕臂底座之间均为铰结。当腕臂装配受到顺线路力的作用时，将沿力的方向旋转。旋转腕臂底座、旋转腕臂拉杆底座是腕臂装配结构与支柱之间的联结零件，安装时应选择与支柱相适应的型号。通过调整调节板、套管铰环的位臵，可以使被悬挂的承力索位臵符合设计要求。下面主要介绍腕臂、杵环杆及压管。腕臂安装在支柱上，用以支持接触悬挂，并起传递负荷的作用。腕臂一般用圆钢管制成，个别地方也有用槽钢、角钢制成的。腕臂的长度与腕臂所跨越的线路数目、接触悬挂结构高度、支柱侧面限界、支柱所在位臵(即直线还是曲线)等因素有关。腕臂的类型按跨越股道的数目可分为单线路腕臂、双线路腕臂和三线路腕臂。按电气性能可分为绝缘腕臂和非绝缘腕臂。
二、碗臂的预配
(一)材料准备
根据腕臂预配表中所列零件的型号和数量，并查安装图，提出领料计划，把材料转运到预配场地，做好预配的准备工作。
(二)预配
根据安装图装配形式和预配表所列数据，按杆号顺序将零件组装在一起。如拉杆腕臂的组装方法为：
1．将棒式绝缘子、腕臂、定位环、套管铰环、钩头鞍子、管帽、调节板、杵环杆依次组装在一起。
2．组装悬式绝缘子串并装双耳连接器。
3．在腕臂上用漆标明区间和支柱号码，如果是双腕臂则需标明工作支和非工作以及安装在哪一侧。
(三)技术要求及注意事项
1．套管铰环和定位环上的缺口(扁口)须朝受力的反方向安装。
2．套管铰环的双耳和棒式绝缘子的耳环应在同一断面内。
3．所有联结件应紧牢固，螺母、垫片齐全。
4．开口销掰开角度不小于60°，开口处不得有裂纹、折断现象。
第二阶段现场实作。自己跟班出去上线作业，工区负责检修的接触网设备还是很多的，日常接触线及承力索的检修，电联接的检修，支撑装臵的检修，锚段关节的检修等等。
1、确保主导电回路畅通:主导电回路是保证受电弓从接触网正常取流的一个重要环节，接触网主导电回路由馈电线、隔开、隔开引线、承力索、接触线、电联接器、（BT供电还有吸流变压器及其引线）吸上线、回流线等组成。主导电回路必须良好，才能保证机车正常取流和电流的畅通。如果主导电回路不畅，会影响受电弓正常取流，严重时发生接触网局部载流过大、零部件分流严重，从而烧伤接触网设备。如供电线烧坏、线岔及其它横向电连接烧坏、吸上线、回流线不畅等将引起接触网停电、受电弓取流不足导致烧坏接触网、烧坏支柱及保护线等，而引起主导电回路不畅的原因有：电气联接部分因连接不良或长时间运行松动等原因引起的电、化学腐蚀，造成主导电回路的截面（或当量截面积）不足；电气连接阻抗加大，从而导流不畅。如：将承力索纳入了电联接器电气导流的一部分；电联接线夹大小槽装反；线夹内有杂物 ；还有就是主导电回路不闭合、主导电通道迂回，引起分流严重等。针对以上情况必须对主导电回路进行彻底检查，发现主导电回路存在问题及时处理。如对吸上线、回流线断散股进行更换，对载流不足的供电线采起双线并联连接；对每个电连接线夹打开打磨检查涂导电膏，并加贴测温片进行监测；对新立支柱的上部地线进行补装；对站场线索交叉的地方进行等电位线的装设，确保管内主导电回路良好、畅通。
2.解决接触网的各种偏移:定位、吊弦、腕臂、线岔限制管偏移。为解决这类问题，选择平均温度季节安排工班对线岔、腕臂、定位、电连接、吊弦偏移，一次到位调整至无偏移状态，从而提高了接触悬挂的弹性，使设备处于最佳状态。调整后温度变化时观察没有出现偏移过大情况。从而解决了各种偏移问题，减少劳动强度。
3.努力消除接触网硬点:通过对部、局检测车参数的认真分析总结，工区管内的硬点主要是分相、中心锚节、锚段关节、接触线坡度、跨间高差引起的。对于中锚按比两侧吊弦及定位高10—20标准检调。分相，锚段关节严格按设计技术标准参数调整。对于跨间高差较大的处所，通过对硬点处每一吊弦间的高差进行测量、作图分析并调整使两吊弦高差不超过10MM，对于跨越桥下的跨间高差我们通过由高差段向两端各延伸2-3个跨距来调整。这样很好地消除了检测车检测的硬点。
在工区见习期间，知道了工区所管具体范围，有几个区间，有几个站场。工区所管辖有三个区间，四个站场。各个区间的公里标是多少，站场有多少的股道。了解了工区所管范围设备的型号，以及年限。发现在工区的管理上是以工作票为核心展开的，工作票所衍生出来的各个工作环节，也是极其重要的。学习了通过看接触网竣工图，来开，发工作票。每次检修任务的杆号位臵，以及公里标都应有很好的体现。要做到工作票的分工明细，以及安全措施的到位。接地线位臵的选择，是工作票上的一大项。地线对于检修作业来说，可以说就是我们的保命符。接地线的操作标准是工作的要点，只有地线接的好，检修工作才能开展的好。
工区高效有序的运行开展工作，是铁路供电的至关重要一环。由于铁路供电的特殊性，工区的责任很是重大。作为见习生有深刻的体会。工区还有自己的材料库，工具库，个人感觉工具库也是工区管理的一大方面，工具必须要合格才能出库，每次作业所用的地线，绝缘手套等等，是外出作业是必须要用的，而且还是和高压线路有直接接触的工具。所以它的合格对与作业安全来说很是重要。假如用个不合格的地线出库作业的话，就容易出现严重的人身安全事故。铁路工作：安全是重中之重。也是工区应该严格把控的方面。
四、实习体会
在实习期间通过对接触网相关规章、技术标准的学习和工具的使用、零部件的认识以及对接触网的制作、安装与检调有了更清晰的认识，接触网的检修主要是检查接触网设备、结构是否符合技术要求和标准，不符合的应及时纠正调整。通过检修，对设备进行分析，不断改进、提高设备质量，以确保安全和不间断的供电。
当前的接触网人工检修方式主要有停电检修、间接带电检修和直接带电检修三种，在列车运行图中每日预留一定时间（单线铁路90min、双线铁路120min）不铺画列车运行线，用于停电检修接触网。间接带电检修就是利用列车运行间隙，借助绝缘工具（如绝缘杆）检测接触线高度；利用经过处理的水冲洗绝缘子等。直接带电检修一般利用绝缘梯车等电位带电作业，但在某些地段（隧道内、钢梁桥上）和某些检修项目（擦洗绝缘子）尚不能人工直接带电作业。
经过利用列车运行间隙直接或间接带电作业，虽然不影响正常的运输秩序。但是，列车对数多、运输繁忙的电气化铁路，尤其是高速客运专线或既有双线自动闭塞区段，同方向列车追踪运行间隔时间只有6～8min，根本无法采用绝缘梯车人工等电位直接带电作业。因此，仍需在列车运行图中预留接触网停电检修的“天窗”时间。认为目前各单位一般不进行直接带电检修作业。在实习期间通过向工区的管理人员学习及查悦相关资料，还了解到接触网的检修分为周期修程和状态修程制，周期修程制是按时间及项目内容，定期进行巡回检修，状态修程制是根据接触网的运行状态，检修定期检查、检测及巡视，针对检查出的和已存在的问题进行相应的检修与维护，最后根据使用年限进行一次性的更换，实行寿命管理。
接触网的定期检修分为小修和大修两种修程。小修系维持性的修理。对接触网进行检测、清扫、涂油；对磨损、锈蚀到限的线索进行整修、补强或局部更换；对损坏的零部件进行修换，以保持接触网的良好技术状态。大修系恢复性的彻底修理。主要是成批更换磨耗、损坏到限的导线、承力索及供电线、回流线；更新部件、支撑装臵、定位装臵及支柱；对接触网、供电线、回流线进行必要的改造，以改善接触网的技术状态，提高供电能力。
对接触网的检修工作，要进行合理安排，对测量和检查出的缺陷，除危及安全需及时整修外，尽量将各种调整、修换的工作有机地结合进行，减少停电时间和停电的范围，提高检修效率。
状态修是在设备处于标准运行状态时，不进行定时、定期的维护性修理，而采用“梯车巡检、定期检测、检测车检查、缺陷处理”程式，实施相应的管理。
状态修是一种有目标、有针对性的维护修理，根据设备的运行状态，其维修的内容、项目、规模是不相同的。状态修是在限界值管理的基础上，定期以科学的检测手段和方法对设备的技术数据、运行状态进行检测和综合分析。对超过限值的设备必须立即进行进行，使其达到标准值，以恢复良好的运行状态。目前，接触网状态修以得到各单位的大力推广，并取得了良好的成效。
建议改变接触网“周期修”为“状态修”，避免盲目修，提高针对性。目前，我国电气化铁路接触网是按照《接触网运行检修规程》规定的项目、内容和周期进行检查、测量和维修。不论接触网技术状态如何，到了检修周期规定的时间，技术状态良好的也要维修；不到检修周期规定时间的设备，技术状态不良的也得不到及时修理。使检修作业缺乏针对性，带有一定的盲目性。既浪费图定检修天窗时间，又难于提高接触网检修质量，影响供电设备的可靠性。
使用接触网检测机械化、自动化设备，不断测试接触网悬挂的动态性能和技术参数，不断检查接触网的隐患和超限量，并根据检查、测试结果（统称为接触网的技术状态），有针对性地对其中技术状态不良处所进行维修，即采用“状态修”的方法，就能充分利用图定的检修时间，提高检修质量，保证接触网不间断地供电。
非接触供电 第3篇
在汽车开发的阶段,常有研发单位在引擎盖、后备箱盖等活动部位配置车灯的构想。在这些部位装车灯,其电线易于折断,为了避免这种故障,只好将它们就近装在车体上。受某客车公司委托,笔者给出了一种非接触供电的LED车灯电路。这个电路由非接触供电原边电路、副边电路、无线信号反馈电路、控制与驱动电路等部分组成。电路的电源为蓄电池24V,负载为10V /20W(或20W以下)LED车灯。电路框图如图1所示。
无线反馈电路的发射电路和接收电路均由含有单片机的无线模块nRF24E1和外围电路构成。根据程序设置,将无线模块设置为接收状态或发射状态。非接触供电原边电路和无线接收电路安装在汽车本体上,非接触供电副边电路和发射电路安装在活动部位。
反馈电路先将LED车灯两端的电压、电流取样,用无线发射模块自带的A/D端口将模拟信号转换成数字信号并发射到无线接收模块;无线接收模块将收到的数字信号后,通过D/A转换将数字信号转化模拟信号,将这个电压信号加到SG3525的反馈输入端,SG3525自动调节输出控制脉冲的占空比,达到稳定负载电压的目的。
1 非接触车灯供电电路原理
图2所示的非接触供电电路中,原边电路由L1、互感L21、L22和功率管VT1、VT2构成推挽变换器电路[1,2],由PWM控制芯片SG3525产生控制脉冲驱动功率管VT1、VT2,频率设定为50 kHz。
L31、L32是非接触耦合变换器的原边和副边载流线圈,采用铜芯线圈绕制(无铁芯)。原边载流线圈L31固定在车身;副边感应线圈固定在可转动部位。原、副边之间依靠磁场传递能量。
副边电流为
根据图3中的等效结果,当副边载流线圈L32和补偿电容C4处于谐振状态时。从前面的分析中可以看出,副边电路中负载电流与负载电压之间的相位角度值的大小,直接决定整个电路的功率传输能力,当相位角为0°时,流过车灯负载上的电流为最大值,也就是车灯可以获得的最大功率点[3]。
根据推导得到谐振频率为:
为了使电路处于谐振状态,首先选取L32=112 μH,则C4=0.568 μF。在这个电路中,由于负载是电阻,改变LED灯具的功率并不影响负载电流与负载电压之间的相位角和电路的谐振频率,这使得电路的稳定性较强。
2 无线反馈稳压电路
2.1 无线发射电路
无线信号发射电路如图4(a)所示。该电路由无线传输模块nRF24E1、25LC320及检测电路组成。其辅助电源取自非接触供电副边电路,用以检测副边电路的输出电压和电流。当车灯电路工作时,由图4(a)中R1、R2(R1=100 k、R2=10 k)构成电阻分压电路,其中R2上的电压信号与负载电压成正比,当车灯两端电压为10 V时,R2的电阻分压设定为1 V。将检测到的模拟电压信号、电流信号由无线模块AI0和AI7模数转换端口自动转换成数字信号并传递给接收电路[3]。无线模块A/D转换端口的信号允许范围为0~2.56 V。其通讯频率为2.4 GHz,晶振频率为16 M。无线发射程序流程图如图4(b)所示。
无线模块nRF24E1同时具有发射和接收功能,它的配置字一共144位,要使其处于发射状态先要对其配置字作以下设置:
const RFConfig tconf = {15,0x38,0x38,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0xaa,0xbb,0x12,0x34,0x83,0x6c,0x04 };
2.2 无线信号接收及反馈触发电路
图5(a)为无线信号接收及反馈触发电路。
当无线模块收到数字信号后,通过串行D/A转换芯片TLC5615,将数字信号以串行通讯方式读入,并将其转化成幅值为1 V左右的模拟信号由TLC5615的引脚7输出。这个模拟量与负载电压成正比,将这个模拟电压信号送到SG3525的1脚(误差放大器的反相输入端),将误差放大器的同相输入端。通过改变SG3525的输出脉冲的占空比,控制原边主电路开关管VT1、VT2,改变开关管的占空比。从而调节传递到副边电路的功率,起到稳压的目的。无线信号接收模块的程序流程图如图5(b)所示。
SG3525的引脚1是运算放大器的反向输入端。该引脚接反馈信号(由TLC5615输出后引到该端子)。SG3525的引脚2为运算放大器的同向输入端。将16引脚标准5.1 V信号分压后接到该端,该端子参考电压设定为1 V。SG3525的引脚5为振荡器定时电容接入端。引脚5端、引脚6端、引脚7端合起来可以根据公式计算出频率。SG3525的振荡频率可表示为:
fs=1/(CT(0.7RT+3Rd)) (2)
式中: CT, RT分别是与脚5、脚6相连的电容和电阻; Rd是与脚7相连的电阻。当CT设定为3.3 nF时,RT设定为8.23 kΩ,Rd设定为100 Ω。
3 结束语
设计供电电路的输入电压UDC=24 V±10%(车载蓄电池电压波动),UO=10 V,负载为20 W的非接触LED车灯,波形如图6所示。当输入电压在24 V±10%波动条件下,输出电压基本保持稳定。电路效率η=64%,工作频率fs=50 kHz。
实验过程中,电路对原、副边线圈的电感L31、L32 、补偿电容C1、C4较为敏感。经过公式推导和仿真,逐个确定这4个值。如果将来大批量生产产品,应选择高精度的元件。由于电路的工作温度上限大于80℃,除无线模块外,其它芯片均采用双列直插式封装,辅助电源稳压芯片均采用开关电源芯片LT1170。
参考文献
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非接触供电 第4篇
目前，向处于旋转状态的扭矩测试系统提供能量的方法主要有两种：滑环供电，电池供电[1]。滑环供电采用电刷与集电环滑动接触的方式，在使用上存在诸如滑动磨损，接触火花，碳积和不安全裸露导体等局限;而电池供电存在电能有限以及对供电环境要求高等一系列缺点和不足，使得这两种供电方式均不能满足扭矩测试的需要，所以研究一种为旋转轴扭矩测试系统供电的方式尤为重要。非接触感应供电技术的发展为旋转轴扭矩测试供电提供了新的方向[2,3]。
非接触感应供电结合电子电力技术与电磁感应耦合技术，实现了不通过物理连接或接触进行电能传输，克服了传统供电方式存在的缺点与不足，从而保证了传输过程中的安全、可靠。相对于传统的变压器感应供电，非接触感应供电属于疏松耦合供电，通过采用原、副边谐振补偿技术并控制电源输出电流频率，不但提高了传输性能，同时降低了成本[4]。
国外对该技术的研究始于20世纪70年代，目前已取得了一定的进展，有关非接触供电系统项目的开发研究仍在不断进行中，而国内在该领域的研究还是一片空白[5,6]。
1 非接触感应供电系统构成及原理
非接触感应供电系统利用电磁感应原理通过非接触的耦合方式实现能量传递，图1给出了能量传输框图[7]。
系统通过逆变电路将直流电转换为高频等幅交流信号驱动原边绕组，使其在周围一定范围的空间内产生磁场强度不大但高频变化的电磁场。副边绕组位于该电磁场中，副边绕组磁通量的高频变化使得副边绕组中产生一定幅值的高频感应电动势，经过整流、滤波、稳压可得到具有一定驱动能力的直流电，为扭矩测试提供能量。感应供电系统的原边绕组和副边绕组之间没有任何直接的接触，实现了电能的无线传输。
该供电系统不同于传统的变压器感应能量传输系统，其原、副边组之间耦合性能较差，处于松耦合状态，漏感不能忽略不计，原、副边绕组电压不满足绕组匝数比例关系。为了改善系统性能，提高系统功率传输能力，本文通过建立互感模型，对原、副边绕组分别采用谐振补偿技术[2,4]。副边补偿能够有效提高系统的传输功率，原边补偿能够有效改善原边的功率因数，降低对直流电源的视在功率要求。
1.1 非接触感应供电系统的互感模型
非接触原、副边绕组耦合的互感模型如图2所示，忽略原、副边绕组的电阻。图中，分别表示可非接触感应供电系统的原、副边绕组电压，Lp、Ls分别表示原边电感和副边电感，M表示原、副边绕组的互感系数，ω是逆变电流角频率，原、副边绕组电流参考方向如图所示。表示原边绕组电流在副边绕组上的感应电压，是副边绕组电流在原边绕组上的反映电压[8]。
因此，原边绕组和副边绕组两端的电压分别为：
1.2 原、副边补偿
1.2.1 副边补偿
在松耦合感应电能传输系统中，如果副边没有补偿电路，副边绕组直接与电阻为R的负载相连，则副边输出电压Uo、输出电流Io以及输出功率Po分别为：
其中：
由公式(3)～公式(6)可知，系统输出电压和电流随负载大小的变化而变化，限制了功率输出。为此，必须对副边绕组进行有效的补偿设计，如图3所示，基本的补偿拓扑有电容串联补偿和电容并联补偿两种形式。
图3(b)中，补偿电容Cs与副边电感Ls在谐振频率处，副边等效为一纯电阻，输出电压与负载无关，等效于输出电压为副边感应电压的恒压源，图3(d)给出了副边串联补偿且处于谐振时的等效变换电路，是副边绕组感应电压。
图3(c)中，补偿电容Cs与副边电感Ls在谐振频率处，副边等效为纯电导，输出电流与负载无关，等效于输出电流为恒流源，图3(e)给出了副边并联补偿且处于谐振时的等效变换电路，İsc是副边短路电流。
在副边串联和副边并联补偿中，补偿电容和电感绕组组成谐振电路时满足下面关系：
式中：ω=2πf;f为逆变电路输出交变电流的频率。
即副边补偿电容的选取应满足：
实际工作时，副边补偿电路不一定处于完全谐振状态，然而越接近谐振状态，电路的输出特性越好。
1.2.2 原边补偿
由于原边电路电感参数比较大，系统工作在高频下，必然要消耗大量的无功功率，从而导致原边电路的功率因数较低。为了改善原边功率因数，降低对供电电源的视在功率要求，需要采用原边补偿技术，最基本的原边补偿拓扑有两种串联补偿和并联补偿。串联补偿时，串联电容上的电压降与原边绕组的感抗压降相抵消，降低了电压要求;并联补偿时，流过并联电容的电流补偿了原边绕组中电流的无功分量，从而降低了对供电电源的电流要求[6]。如图4所示。
由于副边同样存在两种补偿方式，因此，非接触感应供电系统的补偿电路共四种：原边串联-副边串联补偿(SS)，原边串联-副边并联补偿(SP)，原边并联-副边串联补偿(PS)，原边并联-副边并联补偿(PP)。
当原边电路中的电感与电容组成谐振电路时，输入电压和电流同相位，电路的无功功率为零，视在功率最小，对供电电源的要求也最低。
在原边串联补偿电路中，电源的负载阻抗为：
在原边并联补偿电路中，电源的负载导纳为：
其中:Zr为副边反映到原边的阻抗。
当副边采用串联补偿形式且处于谐振时:
当副边采用并联补偿形式且处于谐振时:
设计原边补偿电容时保证式(11)和(12)的虚部为零，系统处于谐振状态，可以有效降低电源的电压电流定额，使得原边电压电流同相位，输入具有高功率因数。原、副线圈处于谐振时，原边补偿电容计算结果见表1。
1.3 频率选择
通过前文原、副边补偿以及互感模型可知，选择系统工作频率是非接触感应供电系统设计的第一步，从式(6)中可以看出，频率越高，副边感应输出的电压越大，传输功率越高，因而非接触供电系统宜采用高频逆变系统。然而逆变电路提供的交变电流频率受限于目前电子器件技术水平和磁场发射相关标准，另一方面频率的提高使得原、副边互感绕组两端的感应电压迅速提高，这将对逆变电路的开关管和副边整流电路提出更高的要求。因此，应该综合考虑非接触感应供电的复杂程度、现场对系统的体积重量要求及系统成本等因素来选取系统工作频率。通常，在低功耗供电时，选择工作频率处于10～100 kHz之间比较合理。随着科技水平的不断进步，系统频率可望进一步提高，从而使得系统体积更小、重量更轻。
2 非接触感应供电技术在扭矩测试中的应用
一个典型的无线扭矩测试系统应该包括测量电路、信号放大电路、数据采集及无线传输模块等部分。其中测量电路由应变片搭建惠斯通电桥实现扭矩物理信号和微弱电压信号的转换，信号放大电路由高性能运算放大器搭成差动放大电路组成，数据采集模块将变化的电压信号转换成数字信号，由无线数据传输模块发送至固定在轴承座或箱体特定位置的接收装置，接收装置将接收的信号转化为旋转轴的扭矩值，从而完成对旋转轴的扭矩测试。扭矩应变片、信号放大电路、数据采集模块和无线数据传输模块的工作电压一般为5～12 V，工作电流为10～100 mA，属于低功耗模块[9]。
2.1 非接触感应供电模块的电路设计
综合考虑非接触感应供电模块的复杂程度、体积、成本以及扭矩测试的工作电压和工作电流需求，设计扭矩测试系统的非接触供电模块的原边电路和副边电路如图5所示。
原、副边绕组均设计为圆环，原边绕组固定在支架上静止不动，副边绕组随轴旋转，原、副边绕组同轴且间隔一定距离，此种设计简便可靠，在安装时不需要破坏旋转轴的物理结构，原、副绕组的安装方式如图6所示。原、副绕组之间没有任何直接的接触，因此实现了电能的非接触传输。
非接触供电模块的体积大小对于系统安装至关重要，体积越小越能满足更多场合的需要，故选取芯片时在满足功能要求的前提下选择封装小的高集成芯片，本系统采用XKT-408A集成PWM方波调制发生器芯片、T5336集成晶闸管芯片和T3168开关型集成稳压芯片。
原、副边绕组可根据具体要求设计，这里设计原、副边绕组匝数为30匝，绕组直径为40 mm，绕组的电感量Ls=Lp=。
XKT-408A集成芯片产生67 kHz的方波信号，通过驱动T5336集成晶闸管在原边绕组中产生频率为67 kHz的高频交变电流，副边绕组感应得到的交变电流经过整流滤波稳压电路得到纹波很小的直流电。
为了确保负载能够获得稳定的电流，副边采用并联补偿;为了降低对电源电流的要求，原边采用并联补偿。
由式(11)可计算得到副边电路的补偿电容，C1=226 pF。
在根据表1中的PP架构公式计算原边电路的补偿电容时，因公式中存在变量负载电阻R和互感系数M，满足原边电路处于谐振的补偿电容是一个变化值。对于扭矩测试，负载电阻为90～900Ω，互感系数为，计算原边补偿电容，C3=0～1 100 pF，为了使电路尽量处于谐振附近，这里取中间值，C3=550 pF。
副边输出电压可按照扭矩测试系统的要求通过调节电阻R2和R4的阻值在5～12 V之间调节。
式中：VREF为稳压模块的参考电压，本系统中T3168模块的参考电压值为1.25 V。
如扭矩测试的工作电压为9 V，可设计R2=31 kΩ，R4=5 kΩ，得到输出电压：
2.2 输出特性分析
为了分析非接触感应供电模块的输出特性，本文测量了接入10～100Ω范围内不同电阻时的输出电压结果。表2为原、副绕组距离为5 mm，接入不同负载电阻时的输出电压。输出电压与负载电阻的关系如图7所示。
由表2和图7可知，本文设计的非接触感应供电模块在供应电压为9 V时，最大可提供180 mA的电流，能够充分满足低能耗扭矩测试的需要。
3 结论
本文利用互感模型研究原、副边补偿，得出了原、副边补偿电容的计算方法，改善了副边电路的输出特性，提高了原边电路的功率因数;提高耦合频率可提高传输功率，然而频率的增大会使供电系统的体积和成本增加;本文设计的非接触感应供电模块电路能够在保证电压稳定的基础上提供180 mA的电流，可满足扭矩测试的供电需求。非接触感应供电技术研究及其在扭矩测试中的应用将具有重要的理论研究意义和工程应用价值。
参考文献
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[8]田野,张永祥,明廷涛,等.松耦合感应电源性能的影响因素分析[J].电工电能新技术,2006,25(1):73-76.
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一种无接触供电的无线鼠标 第5篇
无接触供电电路包括无接触电能发射电路和无接触电能接收电路两部分。无接触电能发射电路采用USB供电, 电压为5 V, 通过自激振荡电路产生约138 k Hz的高频振荡电流;无接触电能接收电路采用感应耦合方式获取电能。鼠标垫内置无接触耦合原边载流线圈L31, 无线鼠标内置副边载流线圈L32。L32采用无接触感应耦合方式获取电能, 由MC34063集成稳压芯片构成BUCK稳压电路, 负载电压为3.3 V。由于采用无接触供电, 因此不需要电池。
无线鼠标用无线模块n RF24E1构成信号发射和接收电路, 该电路除具备有线鼠标全部功能外, 还可以离开电脑远距离灵活操纵鼠标。无线鼠标信号接收电路采用USB与电脑连接, 不占用电脑的无线传输网络通道。
无线信号发射电路和无接触电能接收电路集中安装在一个印刷线路板上。无线信号接收电路和无接触电能发射电路可以根据需要安装在不同的印刷线路板上。其中无线信号接收电路可安装在电脑附近, 无接触电能发射电路可根据安装位置的不同选择由电脑供电或是单独采用5 V电源供电。
1 无接触供电电路工作原理
图2为无接触供电电路原理图。分裂电感L21、L22和功率开关管Q1、Q2构成自激式推挽式变换器电路, 每一个开关管的控制电压分别取自另外一个开关管的两端电压[1]。
理想状态下, 两个开关管的参数相同。初始时刻, 开关管Q1、Q2都在关断状态。当电路接通时, 电源电压同时作用于开关管的控制端, 使它们同时导通。由于实际电路元件参数并不完全相同, 使得两个开关管两端的电压不相等。通过正反馈, 其中一个开关管完全关断, 另一个开关管导通。随着谐振电容C3两端电压的改变, 两个开关管在电压过零时交替导通和断开, 系统自动运行在ZVS模式下。
L31、L32组成无接触耦合变压器, 其中C3、C4为原、副边补偿电容, 原边电源、原边变换器和原边载流线圈L31属于固定不动部分;副边感应线圈、副边变换器和负载为可移动部分。原、副边之间不存在电气连接。
D1、D2和C5、C6构成倍压整流电路, 经L4、C7滤波后由稳压芯片MC34063构成BUCK稳压电路。
通过数学建模及PSpice软件仿真, 得到无接触电能传输设计方案, 限于篇幅该部分从略。
2 无线鼠标信号发射和接收电路工作原理
2.1 无线鼠标信号发射电路工作原理
无线鼠标信号发射电路如图3所示。该电路由无线传输模块n RF24E1、25LC320、ADNS5030及其他外围电路组成。电源由无接触电能接收电路提供, 为了减少能量消耗, 供电电压定为3.1 V。
无线传输模块n RF24E1同时具有发射和接收功能, 通过软件设定决定具体用于发射或是接收[2]。其通信频率为2.4 GHz, 晶振频率为16 M, P07和P06为两路按键输入, 分别为右键RSWITCH、左键LSWITCH和中键, 中键与MOSI复用。MOSI为主机输出, 从机数据输入, 其中主机为单片机, 从机为ADNS5030;SI为串行数据输入;MISO为主机输入, 从机数据输出, 复位期间为高电平。
25LC320是一种E2PROM存储芯片, 用于给无线传输模块n RF24E1内置的51单片机内核提供外接程序存储器。电路中25LC320采用贴片式封装, 程序采用在线编程方式。
ADNS5030是一种鼠标光电信号检测芯片, 上电后由XY-LED端口发出闪烁的光信号, 通过内置的CCD感光芯片检测鼠标前、后、左、右方向的移动信息。在鼠标移动时电平时序不同, 无线传输模块n RF24E1根据电平时序状态判断转动方向[3]。
在整个电路调试过程中, 鼠标移动和滚轮移动较难实现, 本文介绍滚轮识别设计算法。
滚轮转动识别电路由发光二极管D2和光敏三极管Q1、Q2组成。滚轮安装在发光二极管D2和光敏三极管Q1、Q2之间, 当滚轮上的辐条挡住光线时, 光敏三极管Q1、Q2为低电平, 否则为高电平。由于光敏三极管Q1、Q2在滚轮转动时电平时序不同, 无线传输模块n RF24E1可根据电平时序状态判断是前向转动还是后向转动。
电路的程序流程图如图4所示。
2.2 无线鼠标信号接收电路工作原理
无线鼠标信号接收电路如图5所示。该电路由无线传输模块n RF24E1、外部存储芯片25LC320、鼠标专用通信芯片HT82M98A、USB端口及其他外围电路组成。
由USB端口为HT82M98A提供5 V的电源, 无线鼠标信号接收电路中, 其他芯片使用的电源由HT82M98A自带的电压输出端口V33O提供, 供电电压为3.3 V。无线传输模块接收到发射模块传来的移动信息后由I/O口传递到HT82M98A, HT82M98A再将数据传送到电脑的USB口。HT82M98A的端口USBD+/CLK连接USB数据正端;USBD-/DATA连接USB数据负端。
X1、X2表示鼠标前后移动时 (X方向) 图像的数据;Y1、Y2表示鼠标左右移动时 (Y方向) 图像的数据。
Z1、Z2表示鼠标中间滚轮转动的信号数据;M、R、L表示鼠标的左、中、右键按下时的数据;OSC1、OSC2外接6 MHz晶振;RESET表示复位输入端, 启动时硬件自动复位。
无线鼠标信号接收电路的程序流程图如图6所示。在流程图中, 先判断鼠标前后左右移动时状态机X、Y方向的移动信息, 再判断鼠标中间滚轮转动时状态机Z方向的移动信息。
3 实验结果与结论
设计输入电压Uin=5 V, Uo=3.1 V的无接触供电电路, 实验波形如图7所示。负载为无线鼠标电路, 测试负载范围为60 m W~273 m W。满输出负载为91 m A, 273 m W, 电路效率为52%, 工作频率fs=138 k Hz。经理论分析, 该电路带负载能力最大可达到350 m W。
无线鼠标用无线模块n RF24E1构成信号发射和接收电路, 可离电脑较远距离灵活操纵鼠标。无线鼠标信号接收电路采用USB与电脑连接, 不占用电脑的无线传输网络通道。通过电脑控制面板内的自动安装驱动程序功能, 可一次完成鼠标驱动的安装。实验证明电路可行。
参考文献
[1]孙跃, 王智慧, 戴欣, 等.非接触电能传输系统的频率稳定性研究[J].电工技术学报, 2005, 20 (11) :56-59.
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非接触供电 第6篇
1.1高速铁路引入牵引供电系统
电力牵引是一种新型的铁路牵引动力的形式。在城市交通运输中,电力牵引是使用最为广泛的牵引方式,将电能转换为机械能以驱动列车的前进,高速铁路动车组和城市轨道交通车辆的运行形式就是以电力牵引为主。根据牵引供电的标准不同,分为单相交流电和单相直流电。高速铁路的电气化系统在中国大多使用直流牵引系统,用于电力牵引系统的主要是在城市轨道交通运输系统中。
1.2电力牵引特性
(1)牵引电机本身没有燃料的消耗,可以使用再生能源,电力牵引供电系统与大容量电气系统对接,电能总量是有保证的。
(2)电力机车动车组的启动加速系统具有承载能力强等特点,可满足所有的现代交通运输工具快速运行所需要的运输动力。
(3)造成的空气污染和环境(噪声)影响比较小,有利于改善交通区域的环境条件。
(4)电力牵引供电系统的工作效率较高,远远超越著名的蒸汽机车牵引动力系统,比后来的内燃机机车牵引系统还要优异,是个独特的发展阶段。
(5)高铁信息技术广泛应用微电子技术,电力机车进行实时就可以检测故障,可以实现驾驶自动化,对于电力系统进行监测和远程控制,电力牵引系统更有利于实现信息的自动化,从而大大提高了工作效率。有利于长铁路电气化的发展,推动了运输业的发展。
1.3牵引供电变电牵引系统
电力牵引供电系统主要包括电力系统和变压器,通过这些结构来控制开关电流(或转换的交流电频率),提供电力负荷电流机车式(交流或直流)电源,并对机车提供足够的牵引力,所有形式的传输功率分配频率的单相交流电牵引系统都是来自于变电站单相供电网络,通过电源线连接轨道电路和回线等等,目的都是为了使电能有效可靠的服务于电力机车。我国牵引电力系统的标准额定电压为25k V,额定50赫兹。电源回路经过牵引站、电源线的电力机车接触轨道返回牵引供电变压器。
2接触网供电系统简介
2.1高速铁路的供电接触网系统
接触网的形式主要应用于铁路轨道控制系统,沿着高空安装高压电弧电流收集线来进行传输。接触网与主框架通过电气化工程架构,沿铁路电力机车供电网络进行电力传输。接触网主要由悬挂支撑装置和定位装置等组成,多个柱部分和接触主要包括以下内容:
(1)基本单元,如水泥柱、钢柱等基础的支撑结构;
(2)基于元件的安装结构,主要是网络元件的连接导线和接触的基础部分;
(3)接触网导线,这部分的功能主要是传输电力;
(4)其他辅助部件,包括额外的回归线,悬挂,接触网通过地面与轨道回流线组成的牵引网。
2.2接触网电压水平和频率这多相交流电的25KV电力系统
2.3接触网络的供电方式
2.3.1单边供电
供电部分每只从一个牵引站获得能量,从相邻的独立供电臂上以相对灵活的方式,在没有接触线故障情况下的完成牵引工作,如果电源区出现故障,则他的影响规模比较小,这是对变电站供电一种保护装置,它相对简单,应用也更加广泛。
2.3.2双边供电电源系统
每个区域的同时从两个牵引变电站获得能量,它能够有效提高接触网电压,减少功率损耗。但出于对设备、开关、电源和分区亭的保护,出现问题后影响的范围可能更大一些,使用范围比较狭窄。
2.3.3大范围的越区供电
当一个牵引站供电系统正常工作时,万一出现电源故障,通过分离单元、开关设备和相邻车的供电臂连接,实现牵引变压器的电源临时保护措施。越区供电的主要特点是主变压器大负荷工作,安全性和供电质量方面还不尽如人意,因此只在很短的时间为供应区服务,是运输方面供电系统的临时代替措施。
2.3.4电源并联后供电
双并联供电臂侧的下行线,通过开关器件(或电连接线)并行供电,可以提高并联供电电压,但是电源线接触臂的末端容易发生事故,此时的影响范围广,操作不够灵活。在我国应用比较广泛,可以考虑优先采用电源分离的工作模式。
2.4接触网络的特点和供电要求
电接触网络系统内的牵引变电站可以直接为高铁运输系统提供重要的动力,因此接触网络的质量和运行状态直接影响了电气化铁路的运输能力。由于接触网是露天安装的,电路上的负载和电力机车沿接触线的变化比较复杂,所以我们对接触网的供电系统提出以下要求:
(1)在高速运行和恶劣的气候条件,能保证正常的电力机车电流收集线接触臂的弹性、稳定性和足够坚固的机械结构。
(2)接触网设备和零件有互换性和足够的耐磨、耐腐蚀,延长设备的使用寿命。
(3)要求接触网对地绝缘,保证安全性和可靠性。
(4)设备结构尽量简单,便于施工,有利于操作和维修,在出现事故的情况下方便维修和快速恢复供电。
(5)尽可能降低成本,特别是要节约有色金属和钢铁的使用量。
3结束语
我国高速电气化铁路的发展速度很快,通过对电力牵引供电系统的了解认识,更深刻的理解接触网对我国高铁的应用,协调了牵引供电系统可能对临近线路接触网的影响。减少接触网的弊端,使得我国高铁在未来能够飞速的发展。
参考文献
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非接触式弱电实验供电平台的设计 第7篇
感应耦合电能传输(Inductively Coupled Power transfer,ICPT或Inductively Power Transfer,IPT)[1]技术是近年来备受国际学术界关注的一项新型能量传输技术。这一技术能够有效地克服有线供电方式存在的设备移动灵活性差,环境不美观,容易产生接触火花等缺陷,特别适用于易燃易爆环境和水下设备的安全供电,可广泛应用于工矿企业吊装设备和运输设备、高层建筑升降式电梯、城市电气化交通、室内电子设备、生物医疗等领域中电气或电子设备的灵活供电[2]。
用无线方式输送电力,这种想法从19世纪上半叶电磁感应现象被发现之后就已经有了。近年来国内外许多研究机构和公司,如美国麻省理工学院、Powercast(电客)公司等相继研发出了短距离和微距的无线供电技术和产品[3]。2008年2月15日,一种无需插头与电源线且不直接接触电源就能充电的新型混合动力汽车已在日本投入试运行,该汽车利用电磁感应原理及电能变换等技术以无线方式实现充电,只需停在设置在路面的电源线圈的正上方就能给车内的锂离子电池快速充电,如果仅使用电力运行,充电一次可行驶约[4]15 km。
在理解非接触供电基本原理的基础上,本文通过电磁感应耦合,实现非接触式能量传输,为负载提供电能,以解决传统导线多点接触式传输电能的不可靠和不可迁移等一系列问题,并将其应用到非接触式弱电实验箱供电平台。
1基本原理
图l表示了一个典型ICPT系统的基本结构,它主要由两个分离的电气部分组成。一部分由能量变换装置组成,其作用是通过线圈回路提供高频交流电流(通常为10～100 kHz交流电);另一部分由能量拾取线圈和调节装置组成,通过两部分之间的电磁感应耦合,实现无接触的能量传输[5]。ICPT典型结构在硬件实现上一般由4部分实现:功率变换装置、高频载流线圈或电缆、接收线圈和能量调节装置。前两部分构成一侧作为能量发射系统,后两部分构成另一侧作为能量接收系统,两个系统在物理上相互独立,工作时存在磁场耦合,一个原边能量发射源可为多个用电设备同时供电[6]。
本文以典型ICPT系统为基础,加以硬件设计并实验,其中高频载流线圈与接收线圈采用相近的线圈,以实现接收端能量的最大化。该系统整体结构如图2所示。
该系统主要由能量转换模块、松耦合变压器模块和能量调节模块组成。电能通过能量转换模块产生高频交流电流,再经过松耦合变压器和能量调节模块,向用户设备提供电能。下面详细介绍3个模块:
(1) 图2中能量转换模块的组成结构如图3所示,由整流、逆变、耦合等环节构成,主要作用是通过线圈回路提供高频交流电流。能量转换模块提供的高质量回路电流对于整个ICPT系统起着至关重要的作用,是保证电能传输效果的前提[7]。
(2) 图2中耦合变压器模块的主要作用就是将能量转换后的高频电源耦合到用户端。松耦合部分(可分离式变压器)是能量传输的关键,结构如图4所示。设M为耦合装置互感,Lp和Ls为初级、次级激励电感,初级磁场发射的高频载流线圈工作角频率为ω,电流有效值为ip,则松耦合系统次级电路接受线圈的开路电压为voc:
相应地,次级线圈的诺顿等效电流Isc为:
次级电路品质因数为Qs:
式中:R为次级电路等效电阻。
非接触供电系统的能量传输能力,即次级线圈能够获得的最大功率Pm为[6]:
因此,增大系统能量传输能力的方法有:增大工作频率f(ω)、增加初级电流ip、增大互感M或减小次级自感Ls、增大品质因数Qs。由于品质因数不宜过大,因而有效增大系统传输能力的方法是增大工作角频率ω和初级电流[8]ip。
(3) 图2中的能量调节模块主要是提高系统能量的传输能力,实际电路设计时采用多个电容串并联的方法来实现能量的调节。
2硬件电路实现
图4中的耦合变压器一般选择磁罐绕线,磁力线集中,效率更高。但是很难找到合适的磁罐,所以在本文选择了空心绕线。
图2中的发射端硬件电路原理图如图5所示。12 V直流电压从P1进入,经过7805稳压芯片输出5 V直流电压,提供4与非门芯片74HC00工作电压。由74HC00,1 nF电容和10 kΩ滑动电阻器(用于来调节工作频率)实现一个多谐振荡器。这样组成的振荡器输出高频信号的幅度不够大。为了提高电能传输效率和距离,使用高频功率放大电路将高频信号放大。高频功放用高频功率场效应管IRF540N实现(正常工作时需要加散热片)。发射端有一个线圈与接收端耦合,发射和接收线圈的形状及参数直接影响电能传输效率和距离。本文发射线圈使用一个大的空心线圈,直径为1.5 mm的漆包线绕制,匝数为10匝(根据实际情况可以调整)。接收线圈按发射线圈制作的方法绕制。另外接收线圈的放置位置对能量传输有较大影响,需要在制作调试过程中反复试验确定。4个0.1 μF的CBB电容先串联后并联,用来实现初级补偿。
图6所示即为接收端的电路原理图。电压经耦合变压器到达接收端,经过次级补偿,再经电桥整流后,最后采用7805稳压芯片稳压到5 V输出到负载。高频整流不能用普通的整流二极管,不但效率低而且二极管可能因发热而烧坏。因此需要使用快恢复二极管来整流,本文使用1N4148来实现整流。
3实物效果测试
非接触式供电平台可透过金属以外的介质传播实现供电。图7(a)为硬件实物图,实物由发射端和接收端两部分组成。图7(b)是实物测试时可达到的最长作用距离,经实测约10 cm。测试条件:在保证无线发射端2 W额定功耗以及接收端负载100 Ω的前提下,无线接收端输出测试数据如表1所示。
4结语
本文设计的非接触式供电平台由电能转换、耦合变压器和能量调节三部分组成。使用74HC00、高频功率场效应管IRF540N和0.1 μF的CBB电容等器件实现了该电路。实物测试结果表明,最大作用距离为10 cm左右,能够实现非接触式能量传输。本文设计的非接触式供电平台可为移动电气设备、易燃易爆环境和水下设备的能量供给提供安全、绿色、便捷的解决思路。
摘要：非接触式弱电实验供电平台是一种新型非接触式电能供应系统,通过电磁感应耦合,实现非接触式能量传输,为负载提供电能。整个系统主要由电能转换、耦合变压器和能量调节三部分组成。电能转换主要完成能量逆变;耦合变压器将逆变后的能量耦合到用户端;能量调节主要为提高耦合到用户端能量的传输能力。该平台克服了传统导线多点接触式电能传输方式的不可靠和不可迁移等缺点,为移动电气设备、易燃易爆环境和水下设备的能量供给提供便捷、安全的解决方案。
关键词：电磁感应,非接触式供电系统,无线供电,弱电实验箱
参考文献
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非接触供电 第8篇
交通运输与经济发展有着直接的联系, 当交通运输业较为发达时, 经济的增长速度就会更快。目前, 在我国大力开展交通运输建设之后, 高速铁路发展越来越迅速。然而, 高速铁路牵引供电接触网雷电防护却是铁路建设中的一大难题。由于雷击为高速铁路牵引供电接触网造成的损害极大, 严重的威胁着高速铁路的安全, 不仅造成了铁路乘客的伤亡, 也严重影响了我国高速铁路的发展, 不利于我国经济的进步。为了解决高速铁路牵引供电接触网的安全问题, 就必须对接触网遭雷击状况进行分析, 并制定合理的措施进行防护, 从而增强接触网的安全度。
1 高速铁路牵引供电系接触网设计
(1) 高速铁路防雷设计的概况
我国对于高速铁路的运行安全问题有着明确的要求, 根据现有的《铁路电力牵引供电设计规范》以及《铁路防雷、电磁兼容及接地工程技术暂行规定》, 将高速铁路牵引供电系接触网的雷电防护进行了规定:年平均雷电日少于20天的地区为少雷区;年平均雷电日在20-40天的地区为多雷区;年平均雷电日在40-60天的地区为高雷区;年平均雷电日在60天以上的地区为强雷区。针对不同地区雷电日数量的不同, 分为不同程度的雷击区域, 就能够有针对性地制定防护措施。
(2) 高速铁路受雷击方式的分析与计算
通常情况下来说, 年平均雷电日数量较多的区域, 接触网遭受雷击的频率也就越高, 两者之间存在着正比的关系。接触网承力索一般距离地面平均高度为7米, 其侧面限界一般为3米, 单线接触网遭受雷击的次数可以按照以下公式来进行计算:N=0.122×年平均雷电日数×1.3。复线接触网遭受雷击次数可以按照以下公式来进行计算:N=0.244×年平均雷电日数×1.3。在遭受雷击的过程中, 接触网所受到的损害程度一般与雷电电压、雷电电流、导线的高度、接地电阻等几个因素相关。综合多个因素进行雷电防护设计, 将会大大增加接触网的雷电防护能力。
2 高速铁路牵引供电系接触网雷电防护措施
为了避免高速铁路在雷电天气出行时遭受雷击而发生交通事故, 就要对牵引供电系接触网进行有效的雷电防护。而目前, 我国的牵引供电系接触网雷电防护在技术方面与发达国家相比还存在很大的差距, 必须根据现有的技术条件, 从最基本的防护原则与防护方法的改善出发, 尽可能地减少雷击为接触网所带来了损伤。
(1) 采取接触网雷电防护措施应遵循的原则
第一, 不同的高速铁路所承担的运输任务有所不同, 有些高速铁路专门用于运输乘客, 即高速铁路客运专线, 而另外一些铁路线路则是同时可以运输乘客与货物, 既客、货混合线路。由于高速铁路运输线路的不同, 其供电方式也有所差别。必须根据两者供电的差别, 采取有针对性的防雷措施。
第二, 由于高速铁路线路所经过的区域跨越幅度较大, 这就使得高速铁路在不同的地段具有不同的特点, 因此, 同一种雷电防护措施并不一定完全适用于铁路所经过的所有区间与站场, 在防雷设计方面, 必须根据区间与站场的具体情况, 采取相应的防雷措施。
第三, 牵引供电系接触网的雷电防护措施的运用, 不仅要考虑不同地区, 年平均遭受雷电日数量, 同时也要对跳闸数据进行统计, 并将两者进行结合, 制定最为合理的雷电防护方案。
第四, 牵引供电系接触网的雷电防护也应当同时结合站场接触网与站房等多个方面, 做到全面性的防雷措施, 避免因防雷设计上的疏漏, 而造成雷电事故, 为高速铁路带来安全隐患。
第五, 在牵引供电系接触网雷电防护措施中, 避雷针与避雷线在其性能方面有所不同, 不同的接闪器有着各自不同的优势与不足, 若要最大程度地增强接触网的雷电防护能力, 就要根据不同接闪器之间的差别, 有效地发挥其各自的优势, 进行结合运用, 从而达到更好的防雷效果。
第六, 在高速铁路所经过的不同地区, 其环境条件会发生很大的变化, 不同地区之间的气候、地理等条件存在很大的差异, 接触网防雷措施的设计也应当将其作为重要因素进行考虑, 在保障接触网安全的同时, 减少防雷设备的投入, 降低成本, 兼顾防雷安全与经济效益。
(2) 高速铁路牵引供电系接触网雷电防护的建议
第一, 高速铁路所经过的某些区域, 其年平均雷电日数量极大, 是雷电多发区, 有些区域为空旷的平原, 环境自身对于雷电缺乏防护能力, 高架桥段在遭受雷击时将会造成极大的损害, 严重影响高速铁路的正常运作。因此, 以上几处应当作为雷电防护的重点区域。
第二, 由于接触网所在的不同区域, 所遭受的雷击强度有着很大的差别, 且雷电防护应当与跳闸统计数据进行结合, 在采取架设避雷线、避雷针等防护措施时, 应当根据雷击程度而适当增加避雷器的架设密度, 并且要注意预防直击雷, 从而切断雷电的一切通路, 更为有效地保护接触网。
第三, 在一个区间之内, 接触网的雷电防护措施可以采取在顶端架设避雷线的方式, 而对于年平均雷击日数量较多的地区, 则是要通过架设避雷针的方式, 增强其雷电防护能力。
第四, 由于避雷针、避雷线等避雷设备其自身的避雷范围有限, 而多种避雷设备的运用, 将会增大其避雷范围, 通过对其进行计算, 就能够确定整体的避雷范围, 从而对可能存在避雷漏洞的区域进行更为有效的防护, 避免某些区域缺乏防护而遭受雷击。
第五, 在接触网支柱顶端设置防雷措施, 可以同时保护支柱两侧的高压带电部分, 达到更大范围的雷电防护, 有效地减少直击雷对接触网高压部分造成的雷击伤害。
第六, 对接触网架设避雷线、避雷针时, 如果采取绝缘建设的方式并且使其能够单独接地, 就可以同时减少接触网支柱所遭受的直击雷与反击雷次数, 避免雷击对接触网高压部分造成损害, 并且可以通过这种方式减少遭受雷击而跳闸的次数, 保障高速铁路顺利运行。
第七, 当接触网顶端架设的避雷线、避雷针与信号设备之间的距离少于15米时, 应当对该区域的接触网顶端避雷线另外加设绝缘设备, 并且在相邻的支柱顶端单独架设避雷针并接地, 防止防雷措施为信号设备造成的负面影响。
第八, 站场接触网的防雷措施如果能够与周围的建筑物防雷措施进行有效的结合, 就会大大地增强其防雷能力, 可以在站场较为关键的地段单独架设避雷针, 达到更好的防雷效果。
3 结语
高速铁路的大力发展, 是以其安全运行作为前提的。在现有的高速铁路牵引供电系接触网雷电防护技术的基础上, 采取更为有效的手段与措施, 增强雷电防护能力, 使高速铁路运行更为安全顺畅。并且在不久的未来, 我国定能研究出更为强大的雷电防护技术, 更为有效地保护高速铁路, 保障乘客的出行安全, 促进高速铁路运输发展的同时, 推动我国经济的进步。
摘要：从高速铁路防雷设计的概况与受雷击方式的分析与计算两方面来分析高速铁路牵引供电系接触网设计, 并提出采取接触网雷电防护措施应遵循的原则及可行建议。从而加强对高速铁路牵引供电系接触网的雷电防护, 提高高速铁路安全系数, 保障人民的安全出行, 并推动我国高速铁路进一步发展。
关键词：高速铁路,牵引供电系接触网,雷电防护
参考文献
[1]边凯, 陈维江, 沈海滨, 等.高速铁路牵引供电接触网用带间隙避雷器的研制[J].中国电机工程学报, 2013, 33 (10) :200-209.
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