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现代有轨电车无线供电的发展

时间:2023-10-04 理论教育 版权反馈
【摘要】:当采用车载充电器时,传统的充电系统在交流电源段分开,整个系统几乎都在车上,而无接触电能传输方式实现一次侧、二次侧绕组之间分离,从而大部分的设备可以置于车外。据估计,与车载充电器相比,采用这种供电方式可以减小车载器件的重量达90%。在今后有轨电车、地铁都是无接触供电系统的潜在的应用领域。

现代有轨电车无线供电的发展

目前无线感应传输主要有:微波输能(MpT)、强磁耦合谐振和感应耦合(ICPT)。微波输能为微波炉、发射天线等高频系统,现在已经非常成熟。强磁耦合谐振电能传输应用了电磁场的近场理论,使线圈高度谐振来实现能量高效率传输,应用交变磁场作为媒介来传输能量。感应耦合(ICPT)由于一次侧与二次侧间存有较大的空气间隙,因此其耦合系数K较小,必须往松耦合变压器的一次侧绕组中注入高频交变电流,并且在一次侧和二次侧绕组附加电路补偿器件。近年来无接触供电系统的研究应用涉及领域越来越广泛,传输功率相差较大,小到用于生物移植的几十毫瓦、小型设备的几十瓦功率,大到电动汽车运动机器人的上千瓦功率以及磁悬浮列车应用的上兆瓦功率。

随着电力电子技术、高频技术和磁性材料的快速发展以及多种场合下电工设备无接触馈电需求的增长,这种新型的能量传递技术正逐步兴起,并逐渐发展出分离式、移动式和旋转式三大感应耦合能量传输系统。当采用车载充电器时,传统的充电系统在交流电源段分开,整个系统几乎都在车上,而无接触电能传输方式实现一次侧、二次侧绕组之间分离,从而大部分的设备可以置于车外。据估计,与车载充电器相比,采用这种供电方式可以减小车载器件的重量达90%。在今后有轨电车地铁都是无接触供电系统的潜在的应用领域。

目前,国内外有不少科研院所和公司从事此项技术的研究,对该技术进行研究和产品化的功率级别在几个千瓦到几百个千瓦之间,比较有代表性的是新西兰奥克兰大学电子与电气工程系功率电子学研究中心。从20世纪90年代初开始的研究,该技术在理论和实践上均已获得突破,先后获得相关发明专利11项。主要研究集中在给恶劣环境下工作的移动设备供电,如电动汽车、起重机、运货车以及水下、井下设备。目前使用的设备已达到200kW、数公里的传输距离和85%以上的传输效率。其项目发起和主要负责人包迩斯教授为此获得皇家学会勋章以表彰他在该领域世界水平的突出贡献,而且该技术已被成功地推广到日本德国、美国等地。新西兰奥克兰大学所属奇思公司(UniServices)成功地开发了两项有关感应电能传输(PIT)的实用项目:一是高速公路发光分道猫眼系统,目前正运行于新西兰惠灵顿大隧道中;另一个是用于新西兰Rotoura国家地热公园的40kW旅客运输车,现已安全运行约四年。

德国瓦姆富尔公司(Wampfler)的载人电动列车已试车成功。在瓦姆富尔总部的试验轨道是目前为止建造的最大的感应电能传输系统,总容量达150kW,轨道长度近400m,气隙为120mm。车上有6个二次侧接收绕组,每个接收绕组输出25kW。该系统允许接收线圈向各个方向移动的位置公差为30mm。该公司还成功地将感应电能传输技术用于电动游船的水下驱动。目前,该公司已有一系列的感应电能传输产品,功率等级有750W、3kW、10kW、30kW和70kW等。3kW的二次侧接收绕组(200mm×140mm×67mm)重4kg,水平和垂直允许公差为士6mm。德国瓦姆富尔公司的无接触模式,其关键设备如图3-24所示。德国瓦姆富尔公司的产品在于能量传输效率高,但是由于其特殊性,必须采用特殊轨道,难以在现代有轨电车领域中应用。(www.xing528.com)

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3-24 瓦姆富尔的E型轨道结构

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