没有合适的资源?快使用搜索试试~ 我知道了~
无线充电技术用于电动有轨电车系统的开发实现与实验结果
34采用无线充电技术的电动有轨电车系统的开发实现DongHo Cho*、GuHo Jung*、Uooyeol Yoon* 和Byungsong Lee* 无线电力传输研究中心(WPTRC),韩国大田市有城区291 Daehak-ro,KAIST** 韩国铁路研究所(KRRI),韩国摘要提出了一种基于SMFIR技术的电力有轨电车无线能量传输系统。分别介绍了电力线基础设施、调节器和拾波器的具体技术。此外,无线电能传输电车的实施和实验结果I. 介绍将无线感应电源技术应用于车辆系统的研究已经进行[1]。[5]。从几年前开始,KAIST还开发并商业化了使用无线磁共振技术的在线电动汽车(OLEV)系统,以减少传统电池供电电动汽车中电池的重量,体积和成本[2]。[5]。首次将研究的主要目标集中在在线电动公交系统上,因为公交车在规则的路线上行驶,并且可以考虑公交车的速度、公交车停靠站的数量和停靠时间来计算道路嵌入轨道的最佳长度。在此基础上,将开发的OLEV技术应用于训练。图1示出了所提出的OLEV有轨电车系统的概述图1.一、推荐的OLEV有轨电车系统概述。如图1所示,该系统由四个部分组成,即三相电源逆变器,道路嵌入式电源线模块,带整流器和调节器的拾取模块。电源逆变器向由高频电缆和磁芯组成的电源线模块提供60kHz的高频电流。在电源逆变器向电缆提供高频电流的情况下,电力线模块通过电力电缆和磁芯产生高频磁场,并且具有整流器的拾取模块将该磁场转换为低DC电压。电源线由两条15米长的电源线组成,调节器利用这一低直流电压输出适合有轨电车内电池的高直流电压。II. 整个系统电动有轨电车电机的额定功率为180kW,与小型电动车相比非常高。并且气隙,即电力线模块和拾取模块的底侧之间的距离,应该是大约70mm,以保护与轨道上的障碍物的碰撞。由此,确定了我们的OLEV有轨电车系统的目标开发要求,如表所示。我表. I. 目标开发要求和基本规格。用于OLEV电车系统接收日期:2014年8月23日;修订日期:2014年9月9日接受日期:2014年9月22日* 通讯作者E-mail:dhcho@kaist.ac.kr,Tel:+82-42-350-3467这是一个开放获取的文章,根据知识共享署名(CC-BY-NC)许可证的条款,允许在任何媒体上无限制地使用,分发和复制,前提是正确引用原始作品。版权所有©韩国通信与信息科学研究所(KICS),2014http://www.ictexpress.org35http://www.ictexpress.org采用无线充电技术的电动有轨电车系统的开发实现项目值评论气隙约70mm电源线模块与拾波模块底面距离换流器开关频率60kHz调节器额定功率180kW总功率传输效率高达90%从功率逆变器的三相输入到稳压器直流输出的图2示出了用于所提出的OLEV有轨电车系统的无线充电系统的总体框图和电源电路。如图2中的功率逆变器的内部电路所示,三相AC或DC电压被相控整流器或DC/DC转换器整流和控制为可变DC链路电压。该直流链路电压通过单相逆变器和高频Transformer转换为隔离的单 相电压 源,其 中存 在隔直 流电容 器 Cb 以保 护Transformer的饱和,并且该Transformer的匝数比根据在电力线模块内流动的电力电缆的电流而变化。图二、电动有轨电车拟议系统的总体框图和电源电路。III. 无线功率传输结构图3. 谐振成形磁场(SMFIR)技术利用两个耦合线圈实现简单电感耦合技术的无线功率传输。两个线圈以相同的谐振频率相互耦合,并放置在非常短的距离内,以获得足够的功率传输效率。当两个线圈变得彼此更远时,由于初级线圈产生的磁通量不能到达次级线圈,因此传输效率降低,导致互耦合降低。为了获得更高的传输效率,必须修改磁通量的轨迹。适当的方法是放置高磁导率的材料,特别是铁氧体磁芯。磁通量往往被吸收在铁氧体磁芯,并在边缘辐射,如图3所示。在设计这些芯结构时,主模块宽度被最小化以降低电力线模块构造的成本,并且拾取器的厚度被最小化以降低拾取器模块的重量。这些设计得到了理论、基于有限元法的计算机模拟和实际实验的支持。在电源线模块中,铁氧体磁芯不是连续的,而是以规则的距离分开。这降低了嵌入轨道内的电力线模块的成本。IV.电力传输基础设施如Transformer的次级部分所示,等效电感Lr 1由电力线模块中的电力电缆和铁芯测量,其值随轨道长度而变化,在15 m轨道长度的情况下,等效电感Lr 1约为60uH,在更长的轨道长度下,等效电感Lr 1更高uH。在图2所示的电力线模块的情况下,其被分成两个轨道,即#1、#2。由于该电力基础设施有两条轨道,并且电源逆变器可以向每条轨道供电,因此使用公共电缆在我们的系统中,每个轨道由6匝高频电力电缆组成,内部有利兹线和双轨型(E型)铁氧体磁芯。图4. 所提出的无线功率传输系统的等效电路:(a)实际等效电路和(b)完美谐振中的理想等效电路。36如图在图4(a)中,高频Transformer的初级侧的L1和R1分别是由电力线轨道和Transformer产生的电感和Cr1是使基于L1和Cr1的谐振频率等于逆变器开关频率finv的谐振电容。因此,由Cr1和L1形成的阻抗几乎变为零。这里,M是轨道和拾取模块之间的互感,并且由于大的气隙距离,在本发明的系统中具有较低的值。谐振频率与逆变器开关频率相同时的等效电路如图所示4(b)在相量域中。所有的电感都被附加的谐振电容抵消电力线模块由铁氧体磁芯、轨道电力电缆和FRP管组成,如图5所示,其中FRP管用于物理保护电力电缆。我们使用多匝电力电缆来减少电力线的功率损耗,并为电车提供更高的磁场。接收器最后设计了集电器。无线电车的总功率为180kW,由三个功率收集器模块组成。该拾取系统具有70 mm的气隙和4个通道。图六、功率发射器和收集器系统的结构图7.第一次会议。磁场分布模拟结果表2.集电系统电气技术条件磁场图五、 电源线模块(发射器)的结构和磁场形状。V.电能采集系统的设计图6示出了OLEV无线功率传输(WPT)系统的结构。该图中的WPT系统由电源线和拾波器组成。电源线部分由线圈和E型铁氧体磁芯组成。拾波部分的线圈可分为左、右、中三部分。拾音器中的铁氧体磁芯具有横跨环形线圈的曲折线形状。这里使用的铁氧体材料是PL-13铁氧体,相对磁导率为3200。采用基于有限元法的Ansys Maxwell软件对电源线和拾波器模型进行了仿真。拾波器的感应电压取决于电源线上的交流励磁电流所产生的磁场,该电压是评价WPT系统性能的重要参数。这里,应考虑电磁场(EMF)值,因为安全非常重要。图7示出了集电器系统的磁场分布的模拟结果,其示出了确保安全的磁通量的成形。表2显示了VI. 实施与探讨A. 功率逆变器我们使用一个200kW的电源逆变器与60kHz的开关频率的电车。功率逆变器中的控制器具有双环结构,其中外环用于控制逆变器输出电流恒定,内环用于脉宽调制(PWM)控制环以跟随从外电流控制环获得的脉宽参考。通过这种双环结构的控制器,可以获得恒定的逆变器输出电流。图8是用于电车的无线充电系统中的功率逆变器的试验系统,其中输入电压为750Vdc。图8.第八条。电车用功率逆变器先导系统。发射机规范值功率容量180 kW(60KW *3台)信道4气隙约70mm输出(电压/电流)直流600 V/100 A频率60khz的功率收集器模块尺寸1600*800*120毫米37http://www.ictexpress.org采用无线充电技术的电动有轨电车系统的开发实现B. 电力线模块用于电车的电力线模块使用在图9所示的轨道内串联连接的6匝电力电缆。与电动公交车一样,电感Lr 1由电力线中的电力电缆和芯线测量,电力线分为两段(或轨道),即#1、#2。每段长度为15 m,其电源线的谐振频率确定为60 kHz,以获得更高的功率效率,因为与20kHz相比,在60 kHz的情况下,电源线模块可以流动更小的图9.第九条。一种电车用电源线模块C. 拾取模块用于列车的拾音模块由铁氧体磁芯、拾音电缆、补偿电容和拾音盒组成。用于无线功率传输的公共汽车和火车应用之间的差异因素是气隙、谐振频率和功率容量。列车应用的气隙比客车应用的气隙小。例如,公共汽车应用的气隙值为170 mm,而火车应用的气隙值约为70mm。这是因为火车沿着铁路运行,而不像公共汽车在一般道路上行驶。列车所需功率大于客车。OLEV总线系统需要100 kW的功率容量。然而,有轨电车系统需要超过180kW的功率容量。为了在类似尺寸的拾取装置内实现高功率容量,我们选择60 kHz的工作频率,因为功率电子器件中谐振频率的增加与功率容量的增加成比例。图10个。 实现列车应用的取车模块。图10示出了用于电车应用的引导拾取模块。图11示出了安装在有轨电车车体下方的拾取模块。拾取模块每个模块的功率容量为60 kW。无线充电电车有3个拾取模块,总容量为180千瓦。图十一岁一种无线充电电车的取车模块。D. 实验结果如图12的实验波形所示,调节器的输入电压在充电关断操作时约为300V,并且由于输出电流的增加而在充电开始时增加到约500V电源逆变器之后,稳压器输出电流从几乎为零变为100 A。在这种情况下,我们可以看到调节器的输出电压被控制为保持800 Vdc的额定电压。电动有轨电车无线充电系统的总功率效率13岁图12. 在调节器中测量的输入和输出实验波形;(a)调节器输出电流波形[50 A/ div],(b)调节器输出电压波形[200 V/div],(c)调节器输入电压波形[200 V/div]。38图13岁电动电车的总功率效率。VII. 结论本文提出了一种基于SMFIR技术的无线电能传输电车系统。分别介绍了逆变器、电源线模块、稳压器和拾波器的具体技术。最后,对无线电能传输电车的实现和测试进行了说明。在气隙为70 mm、工作频率为60 kHz的条件下,该系统的最大输出功率为180 kW,效率高达90%。KAIST和KRRI证明WPT试验系统能够充分支持有轨电车应用的规范和功能。通过进一步的研究,所提出的有轨电车无线供电技术可以扩展到更高功率容量的列车,如轻型列车,地铁,高速列车以及其他应用,如绿色船舶,港口,飞机和机器人系统。引用[1] 加 州 高 级 交 通 和 高 速 公 路 合 作 伙 伴 ,http://www.path.berkeley.edu/。[2] J,呃,E。H.帕克湾,澳-地H. Jorge和C. T.林,11月105日至110日,2009年[3] D.S.李,G. H.荣格,S. J. Jeon和D. H.赵,“具有负载分段能力的谐振变换器”,韩国电力电子研究所,pp. 231-232,2010年7月。[4] J. G. Shin,S.Y. 申,Y。S. Kim,S.Y. Ahn,S.H. 李,G. H. 荣 格 , S. J. Jeon 和 D. H. Cho , “Design andimplementationofshapedmagnetic-resonance-basedwireless power transfer system for roadway-poweredmoving”,IEEE Trans. Ind. Electron.,第61卷,第3期,第100页。1179-1192年3月2013年。[5] Jung GuHo,B.宋,S. Lee,S.Shin,Y.Kim和S.郑先生,“高效率感应式电源供应器及电动巴士之载具系统”,IEEE电动车会议,美国,页。3月1日至5日2012年。
下载后可阅读完整内容,剩余1页未读,立即下载
cpongm
- 粉丝: 4
- 资源: 2万+
上传资源 快速赚钱
- 我的内容管理 收起
- 我的资源 快来上传第一个资源
- 我的收益 登录查看自己的收益
- 我的积分 登录查看自己的积分
- 我的C币 登录后查看C币余额
- 我的收藏
- 我的下载
- 下载帮助
会员权益专享
最新资源
- zigbee-cluster-library-specification
- JSBSim Reference Manual
- c++校园超市商品信息管理系统课程设计说明书(含源代码) (2).pdf
- 建筑供配电系统相关课件.pptx
- 企业管理规章制度及管理模式.doc
- vb打开摄像头.doc
- 云计算-可信计算中认证协议改进方案.pdf
- [详细完整版]单片机编程4.ppt
- c语言常用算法.pdf
- c++经典程序代码大全.pdf
- 单片机数字时钟资料.doc
- 11项目管理前沿1.0.pptx
- 基于ssm的“魅力”繁峙宣传网站的设计与实现论文.doc
- 智慧交通综合解决方案.pptx
- 建筑防潮设计-PowerPointPresentati.pptx
- SPC统计过程控制程序.pptx
资源上传下载、课程学习等过程中有任何疑问或建议,欢迎提出宝贵意见哦~我们会及时处理!
点击此处反馈
安全验证
文档复制为VIP权益,开通VIP直接复制
信息提交成功