无接触供电技术在AGV中的应用

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1、无接触供电技术在AGV中的应用发布时间：2012-9-26 9:20:37浏览量：1504【字体：大中小】1 .引言无接触供电技术又称为无接触功率传输技术(ContactlessPower Transfer，简称 CPT)或感应电能传输技术(Inductive Coupled Power Transfer，简称ICPT)，它是利用现代电力电子能量变换技术 和磁场耦合技术，并借助于现代控制理论和微电子控制技术，实现能 量从静止设备向静止或移动设备传输的一种有效方法。近年来，在欧美一些国家的多个行业中都有无接触供电技术的 商业产品问世，其中对移动设备的无接触供电技术研究开发已经比较 成熟，在国内比

2、较典型的运用有昆船研究用于机场行李运输的DCV 系统、用于北京物资学院和天津SEW的昆船直行穿梭车等项目。但 无接触供电技术用于AGV的案例还比较少见，在国内还属于研究阶 段。本文将就无接触供电技术应用于AGV领域的一些问题进行探 讨。2 .无接触供电技术原理无接触供电，是指输电线路和负载方在没有电气连接和物理接 触，甚至他们之间还有相对运动的情况下，实现电能的传输。无接触 供电系统的理论依据是电磁感应原理。目前国际上普遍采用的具体解 决方案是利用气隙变压器来实现电能的无接触传输。常规变压器的一 次、二次线圈绕在共同的闭合铁心上，虽然磁路耦合系数很高，但一 次、二次线圈不能相对运动。而无接触供

3、电技术就是将这种变压器模 型的一次线圈和二次线圈分开，一次绕组可安装在输电轨道或埋设于 地面以下，延伸为很长的环路；二次线圈绕在围着一次绕组可以移动 的开口铁心上。原理如图1所示：一沃首图1无接触的电磁耦合结构因磁路经气隙而闭合，故可称之为气隙变压器。其一次侧、二 次侧之间通过电磁感应实现电能传输。在外加电压作用下，变压器一 次侧的交流电在铁心中产生交流磁通，磁势主要降落在变压器的气隙 两端，其磁通密度按下式计算：I 础=L.As式中 气隙变压器的气隙长度4L励携电流y根据电磁感应定律，一、二次侧的电势分别为：= 4曲 风 AQ =屯44妈 启撰屈孔就一一气隙变压器二次线圈匝数中铁心面秋*由以

4、上公式可见，与常规变压器不同，无接触供电系统中的变压器由于气隙的存在，其铁心中的磁通密度很小。这样，为了产生足 够的电势、增加传输功率以满足负载的需要，目前普遍采用的方法是 提高一次侧交流电的频率，以增大变压器铁芯内交变磁场的频率，并 对一次线圈和二次线圈的漏感进行补偿，从而得到较大的二次侧感应 电势。般的无接触供电系统中除变压器以外，静止和移动部分都有变换器。先将普通50Hz交流电整流成直流，再经DC-AC转变成25kHz 高频交流电，作为静止变电部分输入，经磁路耦合，在移动取电部分 感应出高频交流电然后根据负载的需要，再将该交流电进行各种处理，也可以有多个电压等级输出。其结构图如图2所示:

5、图2无接触供电系统结构图mil.空电福a3 .无接触供电技术在AGV中的应用长期以来由于AGV供电技术受制于电池，造成使用寿命短、维 护成本高、污染环境、应用领域受限局限性等问题。限制了 AGV在 一些有很好市场前景的特殊行业的应用。AGV驮着电池运行，不仅增 加了 AGV的自身重量，也降低了 AGV系统的运行效率。当无接触供电技术发展到今天，让AGV甩掉电池这个包袱已经 成为一种可能。同时我们还可以利用无接触供电中的供电环路来进行 AGV导引和通讯，实现系统资源的综合利用。3.1无接触供电技术在AGV中的应用方案AGV的供电图3 AGV无接触供电系统图律业那分，将标准的a招睥OVJW?, 魄

6、为;:词】坦的志裁电浚亲卷及电机楞劫耶刖部分71 M；日 如图3所示，AGV端取电部分有拾取器和变换器，放置于AGV上，随车体移动；静止电路部分则由滤波器、整流器、逆变器、变压 器、补偿装置和埋于AGV行使路径地面下的电缆等部分组成。AGV 上的能量拾取器始终至于地面电缆的正上方，两者之间留有一定间隙。 当静止电路部分输入标准的3相380V交流电时，通过滤波、整流、 逆变等一系列过程后，以高频大电流注入输出环路转换为磁场能发射， AGV通过能量拾取器接受磁场能量，并通过逆变等相应的能量调节装 置，变换为AGV可以直接使用的动力电源和控制电源，从而实现了 AGV的无接触供电。由于进行感应耦合的静

7、止和移动部分之间有很大的漏感存在， 耦合系数非常低，要保证有效的功率传输，通常在将高频大电流注入 输出环路后，需对电路的漏感进行补偿。 功率选择与计算在使用无接触供电时，只要有AGV运行的地方，都需要有供电 环路的铺设。所以AGV路径的复杂程度也决定着供电环路的复杂程 度。- T,-加”图4 AGV路径示意图在一个AGV系统中，我们根据实际情况，把路径按取电需要分 成多个供电环路，如图4所示。一般在每个环路上可能会有多台AGV 在上面取电运行。由于每个供电环路的最大输出功率是有限的，并且 功率越大相应的器件成本会越高，所以如何选择供电环路的功率对提 高系统的运行效率和节约成本显得尤为重要。同一

8、个AGV系统中，不同供电环路上出现AGV数量的几率是 不一样的。我们可以通过模拟仿真，对不同环路出现AGV数量的几 率进行统计计算，能够得到每个环路上AGV运行数量的统计值nx, 在知道供电系统效率n及每台AGV的额定功率P0后，我们可以估算 出每个环路所需的功率Px：有了各个环路的功率？乂，就可选择无接触供电系统的不同功率器 件。在功率选择时，通过模拟估算的环路功率Px不是最大值，而 是统计平均值，因此在运行中，如果一个环路上的AGV已经达到最 大数量nx时，还有AGV要求进入该环路运行，这种情况如何处理呢？ AGV上位控制系统（AGVS）知道系统中所有AGV的运行状态：加速 前行，匀速前行

9、，减速行驶以及停车，通过了解各环路上AGV的运 行状态，就能够计算出各个环路当前的功率消耗。如果功率允许，其 他AGV还能驶入，否则，该台AGV只能停在前一环路等待或是选择 其他路径运行。 AGV利用供电环路进行导引图5电磁导引的实现现有的AGV导引方式有很多种，如电磁导引、激光导引等。其 中电磁导引的原理是在AGV行使的路径下面铺设电磁导引线，通过 在导引线上加载不同频率的电磁信号来实现AGV的导引。在无接触 供电系统中，我们可以利用供电环路替代电磁导引线，在上面加载经 过调制的电磁信号，AGV上装备特制的传感器件，这样AGV就可利 用无接触供电环路实现导引了。如图5所示。3. 2 AGV使

10、用无接触供电技术的优势AGV使用无接触供电与传统供电方式相比有很多优点： 排除了因电池问题而造成的环境影响，更环保安全； 供电系统与AGV无直接接触，无摩擦，易维护。 减小了 AGV的自身重量，使AGV负载能力加强，单位能量 的利用率更高。 AGV可以不间断工作，提高了 AGV系统的整体效率。 AGV控制系统更简化，不需要对电池能量部分进行检测。 一次成本投入，后期免维护。3. 3 AGV使用无接触供电的技术难点在同一路径环路上的允许AGV数量nx模拟计算工作复杂；AGV上位控制系统不仅要具备普通AGV系统的交通管理功能，还需增加环路功率计算模块，以确保AGV的稳定高效运行；AGV离开导引路径后无法运行，需提供另外的电源或人工移动。4 .结束语无接触供电技术在AGV上的运用，将使AGV更加环保高效。 在现在能源紧缺，环境要求越来越高的今天，这项技术的运用必将导 致AGV更加受到企业的青睐，应用领域将更加宽广。