【摘要】：隨著科學(xué)技術(shù)的逐步發(fā)展,智能服務(wù)機(jī)器人被用于各種場(chǎng)景下來(lái)方便人們的生活、工作。在電氣方面,巡檢機(jī)器人的使用不僅可以節(jié)省檢修時(shí)間,還可減輕電力工人的工作量,具有很高的應(yīng)用價(jià)值。但是傳統(tǒng)的有線充電機(jī)器人移動(dòng)靈活性不足,且存在插拔電火花華引起的安全問(wèn)題,不利于它的推廣應(yīng)用。本文基于新興起的無(wú)線充電技術(shù),依托國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目“基于新型電力電子器件的高性能充電系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)項(xiàng)目”和中國(guó)電科院項(xiàng)目“變電站機(jī)器人移動(dòng)式無(wú)線充電技術(shù)研究”,設(shè)計(jì)了一種應(yīng)用于巡檢機(jī)器人的導(dǎo)軌式無(wú)線充電系統(tǒng)。本文首先對(duì)無(wú)線充電技術(shù)的背景和現(xiàn)狀進(jìn)行了回顧,對(duì)三種應(yīng)用較多的無(wú)線充電技術(shù)進(jìn)行了對(duì)比分析,同時(shí)對(duì)本課題的研究意義及論文內(nèi)容進(jìn)行了說(shuō)明。接著本文對(duì)無(wú)線充電系統(tǒng)中涉及的整流、功率變換、逆變等電路的原理及拓?fù)溥M(jìn)行說(shuō)明,通過(guò)對(duì)機(jī)器人應(yīng)用場(chǎng)景的考慮和各種電路拓?fù)鋵?duì)比,選用單相橋式不控整流+Buck降壓變換+單相全橋逆變的結(jié)構(gòu)形式,并對(duì)機(jī)器人WPT系統(tǒng)的設(shè)計(jì)需求進(jìn)行了說(shuō)明。同時(shí)對(duì)機(jī)器人無(wú)線充電系統(tǒng)進(jìn)行硬件電路的設(shè)計(jì),包括對(duì)主電路中的電路計(jì)算、器件選擇和電路板焊接,同時(shí)還有采樣、信號(hào)調(diào)理、驅(qū)動(dòng)、保護(hù)等控制單元的PCB設(shè)計(jì)以及DSP軟件的部分編程。根據(jù)機(jī)器人的應(yīng)用場(chǎng)景,設(shè)計(jì)了導(dǎo)軌式的諧振磁耦合機(jī)構(gòu),發(fā)射側(cè)采用“工”字型結(jié)構(gòu),接收側(cè)采用“DQ”型結(jié)構(gòu),通過(guò)ANSYS電磁仿真軟件搭建對(duì)應(yīng)的模型,改變不同的結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行仿真實(shí)現(xiàn)磁耦合機(jī)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì),并根據(jù)仿真結(jié)果繞制實(shí)物線圈�；贛ATLAB/Simulink仿真軟件建立了機(jī)器人WPT系統(tǒng)的模型,驗(yàn)證整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)可行性及控制方法是否有效,并搭建對(duì)應(yīng)的WPT樣機(jī)進(jìn)行小功率測(cè)試驗(yàn)證。
【圖文】：

邐邐１邐，逡逑圖２－１０高頻逆變移相控制波形逡逑Ｆｉｇ．２－１０邋Ｈｉｇｈ邋Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ邋Ｉｎｖｅｒｔｅｒ邋Ｐｈａｓｅ邋Ｓｈｉｆｔ邋Ｃｏｎｔｒｏｌ邋Ｗａｖｅｆｏｒｍ逡逑結(jié)合圖２－９的全橋逆變電路與圖２－１０的移相控制波形來(lái)對(duì)逆變電路的工作過(guò)逡逑程進(jìn)行簡(jiǎn)單的分析［５１，５９］：逡逑在０十時(shí)刻，絕緣柵雙極晶體管（＾和（？４正向?qū)ǎ牵埠停牵撤聪蚪刂�，電流逡逑流通路線如圖２－１１左側(cè)圖中的紅色線條所示，輸出電壓為＋％ｃ。在（１時(shí)刻，絕緣逡逑柵雙極晶體管Ｇ３和Ｇ４的柵極信號(hào)正好相反，此時(shí)Ｇ４截止，負(fù)載側(cè)電流無(wú)法進(jìn)逡逑行突變，因此晶體管Ｇ３不能瞬間導(dǎo)通，與其并聯(lián)的續(xù)流二極管Ｄ３導(dǎo)通進(jìn)行續(xù)流，逡逑晶體管Ｇｉ正向?qū)ǎ藭r(shí)電流流通路線如圖２－１】右側(cè)圖中的紅色線條所示，輸出逡逑電壓為零。逡逑ＴＫ邐逡逑Ｕｄｃ￣＾邋＝＝邋ｃ邐（邋Ｉ邋￣邐ＵＤＣ邋二今－－ｃ邐Ｉ逡逑ＲＬＣ邋Ｕ0邐ＲＬＣ邋ｕ0逡逑邐！邐ｔ＋邐邐個(gè)＋逡逑圖２－１１邋０－ｎ時(shí)刻、0時(shí)刻逆變電路電流流向圖逡逑Ｆｉｇ．２－１１邋０－／ｉ邋ｔｉｍｅ＞邋ｔ＼邋ｔｉｍｅ邋Ｃｕｒｒｅｎｔ邋Ｆｌｏｗ邋Ｄｉａｇｒａｍ邋ｏｆ邋Ｉｎｖｅｒｔｅｒ邋Ｃｉｒｃｕｉｔ逡逑ｒ２時(shí)刻，絕緣柵雙極晶體管的柵極信號(hào)相反，晶體管（＾處于截止情逡逑況

絕緣柵雙極晶體管ｆｔ和Ｇ４柵極信號(hào)再次取反，晶體管反向截止，逡逑此時(shí)負(fù)載電流小于零，不能瞬間完成變化，晶體管Ｇ４也不能瞬間導(dǎo)通，它的二極逡逑管Ｄ４完成續(xù)流，輸出電壓等于零，電流流通路線如圖２－１３左側(cè)紅色線路所示。ｈ逡逑時(shí)刻，絕緣柵雙極晶體管。，和＾的柵極信號(hào)再次取反，晶體管Ｇ２反向截止，此逡逑時(shí)負(fù)載電流依然小于零，晶體管0１不能瞬間導(dǎo)通，電流只能通過(guò)與其并聯(lián)的續(xù)流逡逑二極管Ａ續(xù)流，逆變電路中的電流流向如圖２－１３右側(cè)紅色線路所示。逡逑ＧｉＡ邐ＩｈＡ逡逑今－邋ｃ邐N－１邋Ｕｄｃ＾Ｔ邋－－邋Ｃ邐N－丨逡逑ＲＬＣ邋ｕ0邐ＲＬＣ邋ｕ0逡逑ｉ邐邐邐Ｉ邋＋邐＜邐—Ｔ邋＋逡逑ｃｈ邋１＾＾邋ｇａ邐Ｇ２邐ｃ？４逡逑邐邐邐邐邐＾１邐逡逑圖２－１３邋／３時(shí)刻、／４時(shí)刻，逆變電路電流流向圖逡逑Ｆｉｇ．２－１３邋ｔ３＞邋Ｕｙ邋ｃｕｒｒｅｎｔ邋ｆｌｏｗ邋ｃｈａｒｔ邋ｏｆ邋ｉｎｖｅｒｔｅｒｓ逡逑根據(jù)數(shù)學(xué)知識(shí)中傅里葉級(jí)數(shù)的定義，�。玻唬�?yàn)橐粋�(gè)周期的函數(shù)／ｘ）在變量［－７ｒ，；ｒ］逡逑之間可以展開(kāi)為三角級(jí)數(shù)：逡逑ｍ＝Ｖ２邋＋邋ｃｏｓ（ｎ邋ｘ）邋＋邋ｂｎ邋ｓｉｎ（ｎ邋ｘ）］邐（２－６）逡逑１逡逑其中，，上式中的各系數(shù)為：逡逑１９逡逑
【學(xué)位授予單位】：北京交通大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類(lèi)號(hào)】：TM910.6

【參考文獻(xiàn)】

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3 張波;黃潤(rùn)鴻;丘東元;;磁諧振中距離無(wú)線電能傳輸及關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題[J];電源學(xué)報(bào);2015年04期

4 廖承林;李均鋒;陶成軒;王麗芳;鄧凱;;無(wú)線電能傳輸系統(tǒng)控制方法綜述[J];電氣工程學(xué)報(bào);2015年06期

5 宋凱;朱春波;李陽(yáng);李曉宇;趙鑫;;基于磁耦合諧振的自主無(wú)線充電機(jī)器人系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J];電工技術(shù)學(xué)報(bào);2014年09期

6 杜貴平;陳爽;何正東;張波;;基于DSP+CPLD的大功率高效電動(dòng)汽車(chē)充電電源[J];華南理工大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2014年06期

7 李陽(yáng);朱春波;宋凱;魏國(guó);逯仁貴;徐石明;;無(wú)線電能傳輸系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)源負(fù)載網(wǎng)絡(luò)分析[J];哈爾濱工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào);2014年05期

8 孫躍;田勇;蘇玉剛;王智慧;唐春森;;電動(dòng)車(chē)無(wú)線能量互充系統(tǒng)及其恒流控制[J];吉林大學(xué)學(xué)報(bào)(工學(xué)版);2013年02期

9 張獻(xiàn);楊慶新;陳海燕;李陽(yáng);張欣;金亮;;電磁耦合諧振式傳能系統(tǒng)的頻率分裂特性研究[J];中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào);2012年09期

10 王智慧;胡超;戴欣;唐春森;;基于推挽拓?fù)涞姆墙佑|充電系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J];電源技術(shù);2011年07期

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5 蔣鵬;基于無(wú)線供電系統(tǒng)的高效E類(lèi)放大器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D];電子科技大學(xué);2018年

6 陳岳哲;微波無(wú)線電能傳輸系統(tǒng)接收端高效整流電路的研究[D];南京航空航天大學(xué);2018年

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9 周�，�;基于DSP異步電動(dòng)機(jī)軟啟動(dòng)裝置的設(shè)計(jì)[D];東北農(nóng)業(yè)大學(xué);2017年

10 肖光武;原邊控制副邊簡(jiǎn)化的無(wú)線電能傳輸線系統(tǒng)的研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2017年

本文編號(hào)：2636719