储能式轨道列车非接触牵引供电系统设计与效率优化

[目的]非接触供电方式凭借其原副边线圈无直接电气接触的优点,目前在轨道交通行业内有探索性的应用。大功率、高频化的应用场景给非接触供电系统的设计、器件选型及耦合机构的设计带来了一定的难度,需要对其设计方案及效率进行优化。[方法]针对轨道交通应用场景,介绍了基于LCC-S型补偿拓扑的非接触牵引供电系统的系统结构,设计了250 kW非接触供电系统,原边线圈与副边接收线圈均采用双D形线圈。研究了耦合线圈的互感及磁性材料的损耗等因素对系统效率的影响,建立了系统的电路模型及耦合线圈模型。基于模型对系统进行了仿真,对副边线圈不同区域的磁芯厚度进行了参数优化。搭建了非接触牵引供电系统试验平台,并进行了250 kW功率等级的试验,以验证本优化方法的有效性。[结果及结论]仿真与试验结果验证了该优化方法的有效性与可行性,磁芯布局的优化措施可有效保证线圈互感并降低磁芯损耗。系统具备了额定工况250 kW大功率输出的能力。在气隙高度为70 mm、80 mm下,系统的静态工作效率及动态工作效率均大于90%。     

基于FPGA软件的非接触供电列车运行模拟分析

非接触式供电是轨道交通未来重点发展的新型牵引供电技术之一.以掌握非接触供电列车的核心控制技术及其与电源基站的匹配关系为目标,搭建实时仿真平台对非接触供电列车进行运行模拟分析.针对非接触供电系统供电电源的高频特性,提出基于FPGA(现场可编程门阵列)软件的高速仿真方案,分析基于特定线路条件下,列车在牵引、制动、惰行等不同工况下的运行控制策略,并考虑在列车设计中加入储能单元,进行节能优化方案设计.仿真分析结果可为非接触供电系统的电源基站设计和系统配置提供参考依据.     

基于磁致伸缩换能器阻抗匹配网络的设计

在电磁超声检测中,针对磁致伸缩换能器换能效率低,接收到的信号通常十分微弱的问题,设计了一个在激励线圈和功率放大器之间的阻抗匹配电路,使之可以在30~150 kHz内的能量传输效率增大。通过Smith圆图法确定元器件数值并用阻抗变换得到的公式去验证,设计出阻抗匹配网络。该网络可以增大传输功率,提高激励线圈上的电流。仿真和实验结果表明:增加阻抗匹配电路,可以有效提高激励电流,进而增加电磁力,使得磁致伸缩效果明显,功率传输效率有效提高。     

电动汽车无线充电原理分析

就一款主、副边互感线圈均为串联谐振感应耦合的电动汽车无线充电原理电路进行了深入分析,经对电动汽车的蓄电池电压与输入交流电源电压之比的优化,得出了它在稳态工作时电路的输出功率、传输效率与电路参数的关系,并得到了与互感线圈对应的补偿电容上的电压与输入交流电源电压、蓄电池电压及互感线圈互感量间的关系。通过仿真,对以上结果进行了验证,此结果可以为电动汽车在行进中充电打下基础。     

动车组弓网离线放电电磁骚扰源模型研究

基于接触线的振动微分方程,得到弓网离线时放电电弧等效电路时变电阻和时变电感与动车组速度的关系,在此基础上结合动车组牵引供电系统等效电路,建立动车组弓网离线放电电磁骚扰源模型.通过Matlab/Simulink仿真软件得到不同傅里叶级数下弓网离线时动车组车体馈电端骚扰电压的仿真波形,并与实测结果对比.结果表明:取傅里叶级数大于4即可保证仿真的准确性,验证了模型的正确性;弓网离线产生的骚扰电压呈周期性变化,动车组的速度越高,骚扰电压的变化周期越短,而放电频率和骚扰电压幅值越大,骚扰电压与动车组速度为指数函数关系.     

便携式语音提示机车信号接收线圈测试器

机车信号的接收线圈吊装在机车排障器后第1轮对前方。左、右2个线圈盒串联为一组，感应接收钢轨上传输的交流计数或移频机车信号电流信息。当两线圈正确串联时，产生的感应电压相叠加，由线缆送至设备主机，使其正常显示机车信号信息。反之，二线圈感应电压相抵消，使主机无法正常工作。为保证机车信号接收线圈串联的正确，特研制了一套便携式语音提示机车信号接收线圈测试器。它应用电磁感应原理，     

一种基于MIMO系统的三维空时无线信道仿真模型

提出一种基于多输入多输出(MIMO)系统的三维空时无线信道仿真模型。针对双发射/双接收天线情况,利用频率-延迟-角度的联合统计相关函数,推导含有散射体、波达角、角度延展及时延等信道参数的无线信道响应模型。模型具有能够通过仰角和方位角观察多普勒频移的变化,能够精确地描述不同接收天线的相位延迟,空时特征容易参数化等特点。利用Matlab仿真软件在宏小区和微小区仿真环境下测试该模型,试验结果表明,从任意发射天线到任意接收天线的幅度增益并没有受到固定散射体较大的干扰,基站和移动端空间相关性系数的理论值与仿真值都能较好地匹配。     

光伏并网下城市轨道交通供电系统动态运行仿真研究

为分析光伏发电并网对城市轨道交通供电系统运行的影响，提出一种考虑城市轨道交通交直流牵引供电系统及光伏发电并网的动态运行仿真方法。所提仿真方法针对牵引供电系统的直流侧建立数学仿真模型，考虑系统平行多导体传输特性，求解多列车动态运行情况下的牵引变电所功率波动。基于Matlab/Simulink软件建立城市轨道交通供电系统交流侧的仿真模型，并使用三相动态负荷等效城市轨道交通供电系统直流侧牵引变电所的功率波动。基于Matlab/Simulink软件搭建光伏发电并网模块，并建立光伏发电系统并入城市轨道交通供电系统的仿真模型。以常州地铁1号线的线路参数为例，分析了光伏发电系统对城市轨道交通供电系统的潮流参数、网压有效值及网压波动的影响，并对比分析了不同功率、不同并网电流的光伏发电系统接入不同负荷率的城市轨道交通供电系统时的影响。仿真结果表明：光伏发电系统的接入能够有效降低供电系统直流侧对交流电网的功率需求，但也会对城市轨道交通供电系统的电能质量产生影响；随着供电系统负荷率、光伏并网电流及并网功率的增大，光伏发电系统的接入对城市轨道交通供电系统电能质量的影响也逐渐增大。     

双信道应答器多天线间的互耦分析及降耦研究

双信道应答器内部4个不同频率的天线间的互耦,破坏天线的调谐状态,影响天线的正常工作。基于天线的串、并联等效电路,推导天线带宽的计算公式;建立双信道应答器多天线的三维仿真模型,对串联等效电路进行仿真分析。结果表明:多天线间的互耦使损耗电阻增加,等效电感和自谐振频率减小,同时使天线间产生转移阻抗,进而导致调谐频率偏移;4.234 MHz FSK发射天线至27.095 MHz接收天线、9.032 MHz PSK发射天线至27.095 MHz接收天线、9.032 MHz PSK发射天线至4.234 MHz FSK发射天线、4.234 MHz FSK发射天线至9.032 MHz PSK发射天线的传输系数均大于-10dB。在4.234 MHz FSK发射天线和9.032MHz PSK发射天线的信号输出端增加低通滤波器后,天线间的传输系数均降低到-10dB以下,表明加载低通滤波器可有效降低多天线间的传输系数,从而实现了多天线间的降耦。     

钢轨轨腰缺陷检测MsT有限元分析及优化

钢轨轨腰缺陷的存在严重影响了列车的运行安全,及时有效地对轨腰缺陷进行检测具有重要意义。基于铁磁性材料固有的磁致伸缩效应及其逆效应,分析了磁致伸缩换能器(MsT)激励过程的控制方程,采用有限元法建立了一个检测钢轨轨腰通孔缺陷、一发一收的单向聚焦斜入射SV波MsT二维多物理场耦合模型。该模型对钢轨轨腰处有缺陷时接收线圈的感应电压信号进行仿真分析,并结合正交试验法,分别研究了发射线圈和接收线圈的提离距离、导线结构参数对缺陷回波电压信号幅值的影响,得到了模型优化后的结构参数。该工作对MsT用于钢轨轨腰缺陷检测的接收电压信号分析以及导线设计具有指导意义。