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矿用电机车无线供电技术研究

发布时间:2018-08-11 11:44
【摘要】:在我国的采矿业中,矿用蓄电池电机车被广泛使用。但因传统蓄电池式供电系统存在电池组体积重量大、续航能力弱,使用寿命短等等问题,阻碍了矿用电机车充分发挥其应用价值,并且使用产生的废旧电池又会对环境造成严重的污染。而无线供电技术因其特有的非接触式电能传输的特点,可以实现对电机车的实时供电,可令电机车在运输时少带甚至不带电池,促使电机车驱动系统和供电系统的一体化设计。该技术的应用将可以打破矿用电机车的应用瓶颈,促进我国采矿业的再次进步。无线供电技术因其巨大的应用潜力,吸引了越来越多的研究机构投入其中。如今,该技术正逐步实现大功率和高效率化。本文尝试将无线供电技术应用到矿用电机车上,通过搭建矿用电机车无线供电系统的模型,使用仿真软件来验证无线供电技术在矿用电机车上应用的可行性。通过对比主要的三类无线电能传输方式,本文依据矿用电机车的特点,选择电磁耦合谐振式无线供电技术,并应用耦合模理论和电路理论对该技术加以分析。依据电路理论得出的输出功率和传输效率表达式,在MATLAB和OrCAD仿真软件下分析频率、负载和互感对无线供电系统传输特性的影响。在此基础上,本文研究了矿用电机车无线供电系统各电路模块的选型:滤波电路选择了 EMI电路,以减小系统的电磁辐射和对电网的影响;整流电路选择全桥不可控的整流方式;高频逆变电路选择全桥IGBT电路,并采用软开关技术来减少开关损耗;功率变换电路采用Buck-Boost电路,利用Simulink搭建次级线圈侧电路仿真模型,在仿真模型下验证了电机车运行的稳定性。对于无线供电系统的耦合机构,通过计算和MAXWELL电磁仿真软件确定了耦合线圈和磁芯的结构设计。电机车无线供电系统需沿轨道铺设供电导轨,因此本文还分析了供电导轨的模型及其配电方式,以确保系统运行的稳定性和高效性。由于矿用电机车应用在工矿业领域,论文最后研究了无线供电系统在易燃易爆环境下的安全功率容量。
[Abstract]:In China's mining industry, mining battery electric locomotive is widely used. However, the traditional battery supply system has many problems, such as large volume weight of battery pack, weak endurance, short service life and so on, which hinders the mine electric locomotive to give full play to its application value. And the use of waste batteries will cause serious pollution to the environment. Because of its unique characteristics of non-contact electric power transmission, wireless power supply technology can realize real-time power supply to electric locomotives, and can make electric locomotives with little or no batteries in transportation, and promote the integrated design of electric locomotive driving system and power supply system. The application of this technology will break the bottleneck of mine electric locomotive application and promote the progress of mining industry in China. Wireless power supply technology attracts more and more research institutions because of its huge application potential. Now, the technology is gradually realizing high power and high efficiency. This paper attempts to apply wireless power supply technology to mine electric locomotive. By building the model of wireless power supply system of mine electric locomotive and using simulation software, the feasibility of applying wireless power supply technology to mine electric locomotive is verified. According to the characteristics of mine electric locomotives, the electromagnetic coupling resonant wireless power supply technology is selected by comparing the three main radio energy transmission modes, and the coupling mode theory and circuit theory are applied to analyze the technology. Based on the expressions of output power and transmission efficiency obtained from circuit theory, the effects of frequency, load and mutual inductance on transmission characteristics of wireless power supply system are analyzed under MATLAB and OrCAD simulation software. On this basis, this paper studies the selection of various circuit modules of wireless power supply system of mine electric locomotive: the filter circuit selects EMI circuit to reduce the electromagnetic radiation of the system and the influence on the power grid; The rectifier circuit chooses the full bridge uncontrollable rectifier mode; the high frequency inverter circuit selects the full bridge IGBT circuit and adopts soft switch technology to reduce the switching loss; the power conversion circuit adopts Buck-Boost circuit and uses Simulink to build the simulation model of the secondary coil side circuit. The stability of electric locomotive is verified by simulation model. For the coupling mechanism of wireless power supply system, the structure design of coupling coil and magnetic core is determined by calculation and MAXWELL electromagnetic simulation software. The wireless power supply system of electric locomotive needs to lay the power supply guide along the track, so the model of the power supply guide and its distribution mode are analyzed in order to ensure the stability and high efficiency of the system. Due to the application of mine electric locomotives in industrial and mining fields, the safe power capacity of wireless power supply system in flammable and explosive environment is studied in the last part of the paper.
【学位授予单位】:安徽理工大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:TD64;TM724

【参考文献】

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本文编号:2176904

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