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基于有轨电车停误差规律的无线电能传输系统耦合机构优化研究
| 论文题名： | 基于有轨电车停误差规律的无线电能传输系统耦合机构优化研究 |
| 关键词： | 有轨电车;停车偏移;无线电能传输系统;耦合机构;优化策略 |
| 摘要： | 现代有轨电车以其运量适中、节能环保、修建周期短等优势，在世界各地城市得到了广泛的建设与应用。传统的供电方式不能完全满足其发展需要，而无线电能传输(Wireless Power Transfer,WPT)技术是一种安全、智能、自动化程度高的新型供电方式，符合轨道交通电气化发展趋势，在轨道交通供电领域得到了广泛研究。耦合机构作为WPT的重要组成部分，其效率及重量很大程度上影响了系统的工作特性，进而影响其发展前景。本文针对现代有轨电车停车偏移的规律及轴重限制，对WPT系统的耦合机构进行研究，通过对耦合机构的准确建模及优化策略的合理设计，实现耦合机构工作效率与重量的综合最优，并利用实验验证了优化方案的正确性。 论文首先对WPT系统的耦合机构、补偿拓扑和副边电路进行建模;基于数学模型分析了耦合机构参数与系统输出功率、效率关系，同时考虑耦合机构参数对补偿电容电压应力的影响;通过对安装于有轨电车的耦合机构应用场景进行仿真分析，指出采用带屏蔽层耦合机构的必要性。 其次通过比较不同的电磁分析方法的优缺点与适用范围，得到数值解析法在多参数建模及优化中具有较大优势，并利用麦克斯韦方程组对纯线圈机构、带屏蔽层的耦合机构进行了数学建模;利用仿真与数值分析的方法对屏蔽层的材料特性、耦合机构的偏移特性以及形状特性进行分析，以此来指导耦合机构优化策略设计。 接着提出一种基于效率期望与重量的综合优化目标与设计策略。详细阐述了目标函数及约束条件的计算方法，并对耦合机构的优化策略进行设计，利用所设计的优化流程，对纯线圈和带屏蔽层的耦合机构分别进行优化，与采用传统优化目标优化后的线圈结构进行对比分析，结果表明采用本文方法所设计的耦合机构，其抗偏移能力得到提高，效率期望明显提升，并削弱了车身的涡流损耗影响，起到了磁屏蔽作用。 最后完成了优化后耦合机构的制作，并在小功率WPT实验平台进行了实验验证。主要包括耦合机构偏移特性的验证，在控制最优负载情况下效率分布的验证以及系统各项约束条件的验证。实验结果验证了建模及优化策略的正确性。 |
| 作者： | 赵志勇 |
| 专业： | 电气工程 |
| 导师： | 杨中平 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 北京交通大学 |
| 学位年度： | 2018 |
| 正文语种： | 中文 |
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