CN104022581B - 一种机车无线供电***的分段导轨切换方法 - Google Patents

一种机车无线供电***的分段导轨切换方法 Download PDF

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Abstract

一种机车无线供电***的分段导轨切换方法，其做法是：a、每一能量发射导轨段(6)均通过检测开关管(2b)与低功耗交流电源(3)连接，初始时，所有检测开关管(2b)处于导通状态；同时供电开关管(2a)断开，***处于检测工作状态；b、由电压检测装置(4)电流检测装置(5)检测能量发射导轨段(6)的电压和电流，c、换流控制器得到对应电压和电流的相量形式，计算出导轨段的阻抗，并通过比较当前时刻与前一时刻的阻抗和空载时的阻抗阈值；d、若在一定时间段内，当前时刻阻抗大于前一时刻的阻抗且大于空载时的阻抗阈值的次数达到设定阈值，换流控制器控制切换开关管使分段导轨区处于供电状态；否则，使分段导轨区处于低耗检测状态。

Description

一种机车无线供电***的分段导轨切换方法
技术领域
本发明涉及一种机车无线供电***的分段导轨切换方法。
背景技术
现有的机车无线供电***的分段导轨供电技术，其工作过程和原理是：将直流电或低频交流电通过高频逆变器转换为高频交流电，并注入到轨道中央的单匝线圈(能量发射导轨)中，为了减小能量发射导轨的自感和提高能量的传输效率，整个供电段被分成了若干个能量发射导轨段，每段能量发射导轨均通过双绞线并联连接在该供电段的高频逆变器输出端。由于双绞线的绕向相反、流过的电流相等，因此产生的磁场大小相等，方向相反，而完全互相抵消，也即能量发射导轨的双绞线传输段不会对外发射电磁场。每段能量发射导轨只在机车(机车)进入时才连通工作，连通时的能量发射导轨(单匝线圈)通入高频交流电，产生高频交变磁场，机车通过位于车体底部的能量拾取线圈感应出电能并将其储存在车载电池中，一旦机车离开对应的分段导轨，则切断该区间的供电。由于机车未进入时的分段导轨并未给予供电，有效降低了生物体进入导轨区间可能受到电磁辐射危害的几率，提高了电能利用率。
目前，无线供电***的分段导轨切换控制多基于传感器技术，需在分段导轨的入口处设置磁性传感器或位置传感器等，依据各分段导轨传感器的检测信号，可判断出机车所在的分段导轨并给予供电。然而，在大功率及室外应用场合下，基于传感器的分段导轨切换控制方法却存在很多问题，传感器易受到无线供电***的大功率高频电磁场的干扰，导致其可靠性大大降低，从而造成分段导轨切换控制的误操作。
发明内容
本发明的目的是提供一种机车无线供电***的分段导轨切换方法，该方法能更准确、可靠地判断出机车动态运行时所在的分段导轨，其分段导轨的切换更加可靠。
本发明实现其发明目的所采用的技术方案是，一种机车无线供电***的分段导轨切换方法，其具体做法是：
a、各能量发射导轨段均通过检测开关管与低功耗交流电源连接，初始时，各能量发射导轨段的换流控制器控制检测开关管处于导通状态，使低功耗交流电源向能量发射导轨段通入小电流；同时各能量发射导轨段的换流控制器控制供电开关管断开，使无线供电***的高频逆变器同能量发射导轨段断开，无线供电***各能量发射导轨段均处于检测工作状态；
b、由各能量发射导轨段两端并联的电压检测装置检测能量发射导轨段的两端电压的当前时刻瞬时值ut，并由各能量发射导轨段上的电流检测装置实时测量能量发射导轨段的电流的当前时刻瞬时值it，其中下标t代表当前采样时刻的时间；
c、各能量发射导轨段的换流控制器接收电压检测装置、电流检测装置分别测得的电压当前时刻瞬时值ut和电流当前时刻瞬时值it，通过短时傅里叶变换算法，计算出电压当前时刻瞬时值ut和电流当前时刻瞬时值it的相量形式，并分别记为和换流控制器再计算得出当前时刻的能量发射导轨段的线阻抗Zt，记ZH为设定的能量发射导轨段无机车驶入时的阻抗阈值，对任一能量发射导轨段：
若Zt≥Zt-1且Zt>ZH，则判断该能量发射导轨段所在区间有机车进入的可能，换流控制器的计数器次数加1，转d步；若Zt≤ZH，则判断该能量发射导轨段所在区间无机车，换流控制器的计数器次数置0，换流控制器保持或恢复该能量发射导轨段的检测工作状态；其中下标t-1代表前一采样时刻的时间；
d、若在设定的时间内，换流控制器的计数器的次数达到设定的次数阈值，则换流控制器控制相应的检测开关管关断，低功耗交流电源不再向该能量发射导轨段供电；同时换流控制器控制相应的供电开关管开通，使无线供电***的高频逆变器与该能量发射导轨段连通，无线供电***的该能量发射导轨段处于供电工作状态；否则，换流控制器不动作，无线供电***的该能量发射导轨段处于处于检测工作状态。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
一、本发明将无线供电***发送端的各能量发射导轨段通过检测开关管与低功耗交流电源相连，从而在各能量发射导轨段增设一可与高频工作回路切换的低功耗检测支路。在高频工作回路断电时，低功耗检测支路工作，检测支路中的电压及电流检测装置实时检测出能量发射导轨段的电压及电流，并进而计算出能量发射导轨段的阻抗。当机车进入时，能量发射导轨段与机车底部的能量拾取线圈产生互感，其阻抗会变大；因此，测出能量发射导轨段的变大时，该能量发射导轨段的换流控制器判定机车进入该能量发射导轨段，并关断对应的检测支路、连通高频工作回路，该能量发射导轨段进入工作状态，对机车进行无线大功率供电，实现机车无线供电***的分段导轨切换。它基于对分段导轨两端本身的电压及电流检测来实现受外界电磁场的影响小，并且其电压及电流检测装置可以安装在可屏蔽电磁场干扰的能量发射导轨段的双绞线连接段上，其信号检测的可靠性大大提高，能更准确、可靠地判断出机车动态运行时所在的分段导轨，其分段导轨的切换更加可靠。
二、只要有机车进入或离开，相应检测支路的阻抗就会有明显变化，因此，本发明的方法不仅适用于单个机车进入或离开分段导轨的情况，也适用于多个机车进入或离开分段导轨的情况。
上述的d步中的换流控制器计数器的次数阈值设置为3～5次。
3～5次的重复，既能避免偶发干扰导致的误判，也能简单、快捷、准确的判断出机车的进入。
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。
附图说明
图1是本发明实施例的分段导轨供电模式下实现各分段导轨间切换控制的示意图。
具体实施方式
实施例
图1示出，本发明的一种机车无线供电***的分段导轨切换方法，其具体做法是：
a、各能量发射导轨段6均通过检测开关管2b与低功耗交流电源3连接，初始时，各能量发射导轨段6的换流控制器1控制检测开关管2b处于导通状态，使低功耗交流电源3向能量发射导轨段6通入小电流；同时各能量发射导轨段6的换流控制器1控制供电开关管2a断开，使无线供电***的高频逆变器8同能量发射导轨段6断开，无线供电***各能量发射导轨段6均处于检测工作状态；
b、由各能量发射导轨段6两端并联的电压检测装置4检测能量发射导轨段6的两端电压的当前时刻瞬时值ut，并由各能量发射导轨段6上的电流检测装置5实时测量能量发射导轨段6的电流的当前时刻瞬时值it，其中下标t代表当前采样时刻的时间；
c、各能量发射导轨段6的换流控制器1接收电压检测装置4、电流检测装置5分别测得的电压当前时刻瞬时值ut和电流当前时刻瞬时值it，通过短时傅里叶变换算法，计算出电压当前时刻瞬时值ut和电流当前时刻瞬时值it的相量形式，并分别记为和换流控制器1再计算得出当前时刻的能量发射导轨段6的线阻抗Zt，记ZH为设定的能量发射导轨段6无机车驶入时的阻抗阈值，对任一能量发射导轨段6：
若Zt≥Zt-1且Zt>ZH，则判断该能量发射导轨段6所在区间有机车进入的可能，换流控制器1的计数器次数加1，转d步；若Zt≤ZH，则判断该能量发射导轨段6所在区间无机车，换流控制器1的计数器次数置0，换流控制器1保持或恢复该能量发射导轨段6的检测工作状态；其中下标t-1代表前一采样时刻的时间；
d、若在设定的时间内，换流控制器1的计数器的次数达到设定的次数阈值，则换流控制器1控制相应的检测开关管2b关断，低功耗交流电源3不再向该能量发射导轨段6供电；同时换流控制器1控制相应的供电开关管2a开通，使无线供电***的高频逆变器8与该能量发射导轨段6连通，无线供电***的该能量发射导轨段6处于供电工作状态；否则，换流控制器1不动作，无线供电***的该能量发射导轨段6处于处于检测工作状态。
本例的d步中的换流控制器1计数器的次数阈值设置为3～5次。

Claims (2)

1.一种机车无线供电***的分段导轨切换方法，其具体做法是：
a、各能量发射导轨段(6)均通过对应的检测开关管(2b)与对应的低功耗交流电源(3)连接，初始时，各能量发射导轨段(6)的换流控制器(1)控制对应的检测开关管(2b)处于导通状态，使低功耗交流电源(3)向能量发射导轨段(6)通入小电流；同时各能量发射导轨段(6)的换流控制器(1)控制对应的供电开关管(2a)断开，使无线供电***的高频逆变器(8)同能量发射导轨段(6)断开，无线供电***各能量发射导轨段(6)均处于检测工作状态；
b、由各能量发射导轨段(6)两端并联的电压检测装置(4)检测能量发射导轨段(6)的两端电压的当前时刻瞬时值ut，并由各能量发射导轨段(6)上的电流检测装置(5)实时测量能量发射导轨段(6)的电流的当前时刻瞬时值it，其中下标t代表当前采样时刻的时间；
c、各能量发射导轨段(6)的换流控制器(1)接收电压检测装置(4)、电流检测装置(5)分别测得的电压当前时刻瞬时值ut和电流当前时刻瞬时值it，通过短时傅里叶变换算法，计算出电压当前时刻瞬时值ut和电流当前时刻瞬时值it的相量形式，并分别记为和换流控制器(1)再计算得出当前时刻的能量发射导轨段(6)的线阻抗Zt，记ZH为设定的能量发射导轨段(6)无机车驶入时的阻抗阈值，对任一能量发射导轨段(6)：
若Zt≥Zt-1且Zt＞ZH，则判断该能量发射导轨段(6)所在区间有机车进入的可能，换流控制器(1)的计数器次数加1，转d步；若Zt≤ZH，则判断该能量发射导轨段(6)所在区间无机车，换流控制器(1)的计数器次数置0，换流控制器(1)保持或恢复该能量发射导轨段(6)的检测工作状态；其中下标t-1代表前一采样时刻的时间；
d、若在设定的时间内，换流控制器(1)的计数器的次数达到设定的次数阈值，则换流控制器(1)控制相应的检测开关管(2b)关断，低功耗交流电源(3)不再向该能量发射导轨段(6)供电；同时换流控制器(1)控制相应的供电开关管(2a)开通，使无线供电***的高频逆变器(8)与该能量发射导轨段(6)连通，无线供电***的该能量发射导轨段(6)处于供电工作状态；否则，换流控制器(1)不动作，无线供电***的该能量发射导轨段(6)处于检测工作状态。
2.根据权利要求1所述的一种机车无线供电***的分段导轨切换方法，其特征在于：所述的d步中的换流控制器(1)计数器的次数阈值设置为3～5次。
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