李超
中检集团公信安全科技有限公司 山东 枣庄市 277100
摘要：本文简单介绍非接触供电，着重探讨此项技术在沿导轨移动式的机电装置方面的运用，总述供电系统，分别讨论高频电源、阻抗补偿以及耦合线圈。以期相关人士参考。
关键词：电动机；非接触供电；线圈
引言：沿导轨的运输装置一般采取电缆及摩擦的方式完成供电，但因为电缆的灵活度不高，插拔时容易产生火花等缺陷，无法满足部分特殊环境下的使用。而非接触供电具有无污染以及设计灵活等优势，逐渐受到相关领域学者的关注。
一、非接触供电技术
关于此种供电技术的试验，最早在十九世纪末。近代以来，非接触供电的总体发展研究方向有两种。其一是近场，借助电磁感应以及超声波、磁共振等手段达到供电的效果；其二是远场，主要供电媒介是微波与激光。前者的供电功率相对偏高，且能保证输送效率高，而后者能提供相对远距离的供电功能，但功率及效率不高。经过数年的研究试验发现，利用感应耦合进行电能输送，可解决有线输电以及滑动摩擦等问题，扩大适用范围。如电子领域的移动终端等，不必连接电线便能使用。医学方面，人工心脏及内窥镜等[1]。
二、沿导轨移动机电设备非接触供电运用设计分析
（一）供电系统
技术通常用在负载固定的输电项目中，目前在可变负载方面，尤其是电动机的供电运用技术研究成果不多。电动机的用电负载有极高的冲击力，并且功率波动区域过大。所以在非接触供电处理中，会受到电动机本身工作状态的干扰，导致输送电压出现较大浮动，对此，应增设补偿方式，用于保持电压的稳定。技术一般借助发射线圈联通一个或数个接收线圈，完成供电行为。而在沿导轨移动式机电中，涉及到两个电动机，即水平方向移动的设备，用电功率相对偏小；升降电动机，实际用电功率和其起重量相关。若使用费连接模式承担起重机的用电需要，则可看作两项公共点，因为电动机不是同步移动，所以需要同一接收线圈实施分时输电。
高频发射出交流电，在没有补偿及滤波的情况下，发射线圈处的电流一般是高频的正弦电流，而该电流会在线圈附近形成交变磁场。此时接收线圈通过接收端的阻抗，实现补偿及滤波，形成较为平稳的直流电压。两个变频装置会并联于直流母线上，各自控制两个机电设备。利用非接触输送，实现给设备的供电目的。在导轨移动式的继电装置非接触系统中，应能实现高频发射线路规划、补偿电路等。
（二）高频电源
一方面，依托于数字信号的处理装置，设置发射电源。此部分分成主电路与控制电路，前者有三相交流、开关、低频的蒸馏滤波以及高频的逆变电路；后者有点、开关与辅助电源、数模转换等。其中，三相交流的电源，整流滤波把的主电变成直流，通过逆变电路后，形成高频交变交流电，整个逆变过程结束。在控制电路中，发生电路是形成，借助串口通讯，完成对波频的输出及调整。利用处理器形成四路秒冲信号，用于主电路的开关调整信号。此信号是借助模块形成，借助改变信号频率与占空比、死区时间，完成谐振及软开关。
另一方面，能调节的发射电源。此发射电源系统同样分成主电路与控制电路，整体结构与处理器模式下的原理类似，区别体现在波的产生电路及控制方式。控制波采取晶振分频，其形成的定频信号与芯片保持同步，完成定频的高频发射。分频电路则通过数个开关达到多频率信号的效果，以实现分档的需要。芯片可以同时发出四路的控制信号，分别是、、、。其中前两者为相互反相，负责控制超前桥臂开关管，而后两者则负责调节滞后的开关管。借助改变电阻调整死区时间等。经过晶振同步，芯片形成的会通过光耦隔离，在实行驱动放大后，拥有调节开关的功能。可调的发射后电源应用功率开关管为系列，其具备极强的耐热性，可供大电流通过，并无较大电阻。
（三）阻抗补偿
首先是接收端，基于补偿形式的区别，接收端的输出方式有电压型以及电流型两类，前者相对简化的补偿方式为串联，后者则并联。综合来看，接收端的电力输出，恒流或是恒压状态，均需通过发射线圈电流是恒流源状态。因为在电动机稳定运转准状态下，对输入带能的要求是电压恒定，所以接收端设置串联补偿相对合适。其次是发射端，基于上文接收端的探讨，发射端的最康补偿应布置成恒流源型。并联方式下，补偿电路能展现出恒流潜能，而并联电路本身无法满足输出电压和负载无联系的要求，所以应设置混合补偿模式。不考虑电感电阻的前提下，并联发射端组合补偿以及补偿。借助合理的控制参数，实现恒流源的输出。其中，与相较，前者所需的器件相对偏少，在供电系统设计中，应鉴于期间少稳定程度高的原则，首先考虑。在发射端运用补偿，可达到负载波动不干扰电流的目的，接收端使用串联形式。假设发射线圈为定额电流，则供电系统会呈现出恒压输出的状态。二者配合应用，达到稳定电压的目的。构建补偿结构。最后是补偿的电路总体概述。电压源的发射带能源输出逆变方波电压，通过补偿，接收端会产生较为平稳交流电压，随后通过低频的逆变电路形成三相的低频交流电，以供数台设备应用。
（四）耦合线圈
其一，高频的交流电阻。基于非接触的供电系统内，为提高功率密度，控制系统设备的体积及自重，应向线圈内注入高频的交变电流。而电流会在导线上形成集肤效应，呈现出表面流动的状态，造成线路本身的等效范围缩小，阻抗会相应提高，电能无用消耗量会增加。所以，合理设计线径是保障供电效率及功率的有效依托。低频状态下，线径应当基于电流确定，而若处于高频状态，则需综合考量电流与频率。为降低集肤效应的出现，一般会通过计算线圈截面的总面积，设置多条导线并联，且细导线半径不能超过集肤效应的波及深度。其二，线圈的线径确定。高频环境中，线径关系到电能输送的功率及效率，具体体现在高频的交流电阻及集肤效应方面。实践设计应用中，需基于供电系统运转的频率区间，确定线径，以得到较为平稳的自感值与相对更小的电阻值。在系统运转频率上升时，两个线圈电抗参数会呈几何增长，而此时若想达到稳定功率的目的，应适当加大供电的电压。而且，频率提高，会使供电系统开关的消耗量增加，导致功率开关管出现发热的现象。此外，假设频率提高，也会给外界造成干扰。而为提升自感值，应合理扩大线圈的线径以及匝数，但此种做法会造成线圈的电阻及额外消耗量增多，供电品质因素也呈现出增加的状态，造成谐振电压提高，易诱发线路击穿的问题。对此，可在线外添加热缩管，以提高绝缘性[2]。
结束语：通过分析非接触供电的技术运用，探讨高频电源以及阻抗补偿等方面的合理化设计，基本可以满足沿导轨的机电装置用电需要，并消除部分安全及局限问题。本文依旧有较多需要改进的部分，相信在后续的研究中加以完善。
参考文献：
[1]易小龙,周坤卓.抗偏移动态非接触供电技术恒电压输出研究[J].电工技术,2020,(17):27-30+33.
[2]章维新.动态非接触供电系统的研究及在有轨电车中的应用[D].导师：石慧荣;汪波.兰州交通大学,2020.