一种用于无线供电机车的频率自适应跟踪装置的制造方法
【技术领域】
[0001]无线电能传输技术是目前电气工程领域最活跃的热点研究方向之一，它集基础研究与应用研究为一体，是当前国内外学术界和工业界探索的一个多学科、强交叉的新的研究领域和前沿课题，涵盖电磁场、电力电子技术、电力系统、控制技术、物理学、材料学、信息技术等诸多技术领域。采用无线供电方式能够有效克服电线连接方式存在的各类缺陷，实现电子电器的自由供电，具有重要的应用预期。
[0002]本发明用于地铁的电磁谐振式无线供电系统涉及一种施工方便，系统便捷、运行稳定、安全可靠的新型无线供电机车的频率自适应跟踪装置，能对不同运行状态下的系统固有频率的改变在逆变器输出端进行补偿，为地铁的无线供电提供了技术保障，保证了系统运行的稳定性。同时解决了系统频率追踪速度慢，追踪范围窄的问题，解决了无线供电机车传统检测方式的弊端，应用在新型无线供电机车系统上，市场前景广阔。
【背景技术】
[0003]自从1840年发现利用电磁感应现象及导线可以传输电能至今，电能的传输主要是由导线直接接触进行传输的。电工设备的充电一般是通过插头和插座来进行，但是在进行大功率充电时，这种充电方式存在高压触电的危险。且由于存在摩擦和磨损，系统的安全性、可靠性及使用寿命较低，特别是在化工、采矿等一些易燃、易爆领域，极易引发大的事故。新型无接触电能传输系统采用电磁感应原理、电力电子技术以及控制理论相结合，实现了电能的无线传输，完全克服了以上限制。
[0004]根据电能传输原理，无线电能传输大致上可以分为三类:第一类是变压器原理的直接耦合式，这种方式功率虽然较大，但是仅适于近距离；第二类电波无线能量传输技术，直接利用电磁波能量可以通过天线发射和接收的原理，这种方式虽然实现了长距离和大功率能量的传输，但是能量传输受方向限制，也不能绕过障碍物，并且损耗较大，对人体和其它生物都有严重伤害；第三类是非辐射耦合谐振方式，该技术可以在有障碍物的情况下传输，传输距离也比较远，传输功率也较大，而且对人体没有伤害。
[0005]综上所述，第三种电能传输方式有着很大的开发潜力，它的出现进一步扩大了无线电能传输技术的应用目标和领域。毫无疑问，这种传能模式必将成为无线电能传输一个新的发展方向。目前磁耦合谐振式电能传输技术的研究尚处于起步阶段，主要集中在系统性能的提高和特殊场合应用研究。
[0006]在无线电能传输过程中，受到外界障碍物(如导磁性物体等)、接收端负载和电路工作温度变化、传输距离发生变化或角度发生偏移等各方面的影响很容易使谐振频率发生变化，即失调，失调发生时效率会大幅下降。因此提高无线电能传输系统共振频率的鲁棒性是该技术进一步推广的关键。
[0007]本发明旨在解决无线供电机车在运行状态下频率自适应跟踪的难题，它相比传统硬件频率检测有追踪速度快，追踪范围宽、抗干扰能力强等特点，为逆变电源的安全控制控制提供了保障。
[0008]本发明旨在解决无线供电机车在受负载发生变化的情况下，系统收发端频率无法达到平衡的问题。例如列车在上坡、下坡等运行状态下，列车发射模块温度升高，导致电感量的变化，最终负载运动状态会发生变化。这些干扰因素的摄入会导致系统故有频率的变化，导致发送端与接收端频率无法达到平衡，以至于系统失谐，造成系统运行的不稳定性。
[0009]本发明旨在克服了传统上导线对电能传输的束缚性，设计了适用于新型无线供电机车的频率自适应跟踪装置，解决了高速运行情况下容易失谐的问题，并提供了实时功率补偿功能，为无线供电机车的稳定运行提供了保障。
【发明内容】
[0010]本发明所要解决的技术问题是，提出了一种新型无线供电机车的频率自适应跟踪装置，该装置具有高鲁棒性、高可靠性、智能化的特点。
[0011]本发明所采用的技术方案是:一种新型无线供电机车的频率自适应跟踪装置，包括电网系统(I)为无线供电机车提供输入功率；整流调压模块(2)将输入的交流电变成直流电并调节输入功率；高频逆变模块(3)将调整后的直流电转变高频交流电；电磁发射模块(4)用于发射高频交流电产生的电磁场能量；电磁接收模块(5)接收电磁场能量并转变成电能；整流滤波调压模块(6)将接收到的高频交流电转变成恒压的直流电为机车(7)提供驱动功率；高频信号采集系统⑶可接检测电磁发射模块⑷和电磁接收模块(5)的高频电压电流信号，通过蓝牙通信模块(9)将电压电流信号发送至频率自适应跟踪系统(10)进行实时补偿控制，控制高频逆变模块(3)的信号输出频率。
[0012]所述的整流调压模块(2)由三相桥式全控整流电路组成，在整流器直流一侧并联容量较大的滤波电容，用于减小整流器直流输出电压中的纹波。
[0013]所述的高频逆变模块(3)为电压全桥型逆变电路，它共有4个桥臂，每个桥臂由一个IGBT和一个反并联二极管组成。它由频率自适应跟踪系统(10)中的SG3525驱动芯片进行控制，通过改变功率补偿控制系统的设置电压来改变设定功率。
[0014]所述的电磁发射模块(4)由外加绝缘层的金属导体组成，铺设在地铁机车的正上方构成电网系统的组成部分，其谐振频率与电源频率保持一致，以保证较低的反射系数。
[0015]所述的电磁接收模块(5)由外加绝缘层的金属导体组成，平铺在地铁机车受电弓上，并保证制作出线圈的固有频率与电源频率保持一致。
[0016]所述的整流滤波调压模块(7)由整流电路、滤波电路、调压电路组成。整流电路将接受的高频交流电转化为直流电，滤波电路用于减小整流器直流输出电压中的纹波，调压电路用于将滤波电路输出的直流电压转换为负载所需的恒定输入电压。
[0017]所述的高频信号采集系统(8)由采用高速AD控制器嵌入FPGA架构的ARM为控制器的信号采集系统，FPGA实现对外接AD控制器的FIFO管理控制和数据缓存，可实现MHZ的高频信号的高精度采集。
[0018]所述的蓝牙通信模块(9)采用CNN10