本发明涉及模拟试验装置领域，尤其涉及有轨电车非接触供电系统的模拟试验装置。
背景技术：
非接触供电利用磁场耦合进行电能传输，不需要任何电气连接，可以在一些恶劣环境下及负载移动时有效地替代传统的输电系统。随着非接触供电技术的发展，已经有越来越多的行业开始采用该技术实现无接触供电。
有轨电车是采用电力驱动并在轨道上行驶的轻型轨道交通车辆，以电力驱动，车辆不会排放废气。有轨电车作为一种新型、高效节能的大运量城市公共交通设施，已在国内外很多城市得到了快速发展。其供电型式主要分为全线接触网供电、全线部分接触网供电和全线无接触网供电几种类型，而有轨电车的非接触供电系统作为一种新型的供电制式也开始受到多个国家的重视和研究。
但是有轨电车的非接触供电系统需要沿线路铺设较长的分段式地面供电感应线圈，需要很大的场地与投资才能进行试验，试验条件较高，极大地影响有轨电车的非接触供电系统的研究进展。
技术实现要素：
本发明的目的是针对现有试验方式的不足，提供有轨电车非接触供电系统的模拟试验装置，利用环形的供电感应线圈模拟长直线路，受流线圈模拟有轨电车的车厢底部的受电装置，降低非接触供电系统试验中场地、资金、试验环境等试验条件。
为实现上述目的，本发明提供了有轨电车非接触供电系统的模拟试验装置，所述模拟试验装置包括：电源模块、供电感应线圈、受流线圈、旋转机构和变流器；
所述旋转机构包括中心固定支架、多个周边固定支架、多个转臂、轴承、转轴和变频驱动电机；
所述多个周边固定支架等高等间距的垂直地平面，设置在一个圆周上；所述供电感应线圈环绕所述多个周边固定支架设置；
所述转轴设置于所述圆周的圆心；所述转轴穿设于所述中心固定支架的中心；
所述轴承套设在所述转轴的上部，并与所述转轴固定连接；所述中心固定支架设置于所述转轴的下部；所述中心固定支架的上表面与所述轴承的下表面平行且不相接触；
所述变频驱动电机固定在所述中心固定支架的内部；所述变频驱动电机电连接所述转轴，所述转轴带动所述轴承旋转；
所述多个转臂包括两组或两组以上呈对称设置的转臂，每组转臂中，每个转臂之间的角度为固定值；每个所述转臂平行所述地平面设置，所述转臂的一端与所述轴承固定连接，所述受流线圈固定在所述转臂的另一端；每个所述转臂的长度相等；所述转臂长度小于所述圆周的半径一个预设距离；
所述电源模块对所述供电感应线圈供电，所述变频驱动电机驱动所述转轴旋转，所述转轴带动所述轴承以及所述转臂旋转，从而带动转臂上固定的受流线圈沿所述供电感应线圈围成的圆周的内侧圆周转动，通过谐振感应耦合将所述供电感应线圈的电能传输到所述受流线圈，所述受流线圈将所述电能通过所述变流器传输到负载。
优选的，每个所述转臂包括第一转臂、第二转臂和伸缩装置；
所述伸缩装置的一端与第一转臂连接，另一端与所述第二转臂连接，以使所述第二转臂部分或全部由第一转臂中伸出，从而改变所述转臂的长度。
优选的，所述轴承为滑环；所述受流线圈将所述电能通过所述变流器传输到负载具体为：
所述受流线圈将所述电能经所述滑环传输至所述变流器，变流后传输至负载。
优选的，所述电源模块包括逆变器、lcc谐振电路和开关；
城市电网经整流后为所述电源模块直流供电，所述逆变器将直流电转换为交流电，为所述lcc谐振电路供电；所述开关设置于所述lcc谐振电路和所述供电感应线圈之间，控制所述供电感应线圈的电路通断。
进一步优选的，所述开关包括第一开关和第二开关；
所述供电感应线圈包括首尾相连的第一线圈部和第二线圈部；
所述第一开关控制设置于所述lcc谐振电路和第一线圈部之间，独立控制所述第一线圈部的电路通断；
所述第二开关控制设置于所述lcc谐振电路和第二线圈部之间，独立控制所述第二线圈部的电路通断。
优选的，所述供电感应线圈为双d型固定分段式供电感应线圈；所述受流线圈为双d型可旋转受流线圈。
优选的，所述模拟试验装置中，所述供电感应线圈用于模拟有轨电车的长直轨道；
每个所述受流线圈用于模拟在所述长直轨道上行驶的有轨电车的一个车厢的受电装置。
本发明提供的有轨电车非接触供电系统的模拟试验装置，利用环形的供电感应线圈模拟长直线路，受流线圈模拟有轨电车的车厢底部的受电装置，整个装置呈水平旋转结构，占地少、投资少，极大地降低有轨电车非接触供电系统的试验条件，有效推动有轨电车非接触供电系统的研究进展。
附图说明
图1为本发明实施例提供的有轨电车非接触供电系统的模拟试验装置的第一结构示意图；
图2为本发明实施例提供的有轨电车非接触供电系统的模拟试验装置的第二结构示意图；
图3为本发明实施例提供的旋转机构的立体示意图；
图4为本发明实施例提供的旋转机构的俯视示意图。
具体实施方式
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
本发明提供的有轨电车非接触供电系统的模拟试验装置，用于模拟长直线路上有轨电车的非接触供电系统，利用环形的供电感应线圈模拟长直线路，受流线圈模拟有轨电车的车厢底部的受电装置，提供了一种占地小、投资少，满足测试要求的模拟试验装置。
图1为本发明实施例提供的有轨电车非接触供电系统的模拟试验装置的第一结构示意图，图2为本发明实施例提供的有轨电车非接触供电系统的模拟试验装置的第二结构示意图，图3为本发明实施例提供的旋转机构的立体示意图，图4为本发明实施例提供的旋转机构的俯视示意图。以下结合图1-4对本发明技术方案进行详述。
为便于理解本发明的技术方案，首先对模拟试验装置的各部件所代表的含义进行解释。
供电感应线圈所围成的圆周用于模拟有轨电车的长直轨道，每个受流线圈用于模拟在长直轨道上行驶的有轨电车的一个车厢底部的受电装置。变频驱动电机驱动旋转机构的转臂旋转，旋转的速度模拟有轨电车在轨道上的行驶速度。受流线圈与供电感应线圈之间的气隙用于模拟有轨电车行驶过程中车辆轻载、车辆重载工况下，有轨电车底部与轨道的距离。
通过本发明实施例提供的有轨电车非接触供电系统的模拟试验装置，最终可以得到不同供电条件、气隙大小、旋转速度的情况下，受流线圈的各项参数，例如电压、电流和互感等。通过对不同供电条件、气隙大小、旋转速度、对应的受流线圈的各项参数等数据的研究，推进有轨电车非接触供电系统的技术发展。
如图1所示，本发明的有轨电车非接触供电系统的模拟试验装置包括：电源模块1、供电感应线圈2、受流线圈3、旋转机构4和变流器5。
电源模块1包括逆变器11、lcc谐振电路12和开关13。电源模块1用于为供电感应线圈2供电，即为模拟的有轨电车的轨道供电。
具体的，城市电网提供工频交流电源，经整流后为电源模块1直流供电，逆变器11将直流电转换为交流电，为lcc谐振电路12供电。开关13设置于lcc谐振电路12和供电感应线圈2之间，控制供电感应线圈2的电路通断。
在优选的方案中，由于供电感应线圈2也存在能量损耗，长度较长会增加电能损耗、降低电能感应传输效率。因此对供电感应线圈2进行分段式处理，每段供电感应线圈2独立控制通断。
图2所示为采用两个开关独立控制两段供电感应线圈的通断的方案。两段供电感应线圈包括首尾相连的第一线圈部21和第二线圈部22。开关13包括第一开关131和第二开关132。第一开关131控制设置于lcc谐振电路12和第一线圈部21之间，独立控制第一线圈部21的电路通断。第二开关132控制设置于lcc谐振电路12和第二线圈部22之间，独立控制第二线圈部22的电路通断。
如图3所示，旋转机构4包括多个周边固定支架41、中心固定支架42、转轴43、轴承44、多个转臂45和变频驱动电机46。旋转机构4呈水平旋转结构，用以减少旋转过程中重力因素的影响。
多个周边固定支架41等高等间距的垂直地平面，设置在一个圆周上。周边固定支架41用于固定供电感应线圈2，可以通过调整固定支架的位置改变圆周的半径，从而调整供电感应线圈2和受流线圈3之间的气隙的大小，气隙的示意图如图4所示。
供电感应线圈2环绕多个周边固定支架41设置，围成一个圆周，用于模拟有轨电车的长直轨道。供电感应线圈2优选为双d型固定分段式供电感应线圈，双d型固定分段式供电感应线圈的耦合效率更高，抗偏移能力更强，有利于非接触电能的高效传输。
转轴43设置于圆周的圆心，转轴43穿设于中心固定支架42的中心。
轴承44套设在转轴43的上部，轴承44并与转轴43固定连接。中心固定支架42设置于转轴43的下部，用于固定转轴43和变频驱动电机46。中心固定支架42的上表面与轴承44的下表面平行且不相接触，以减少摩擦力因素的影响。
变频驱动电机46固定在中心固定支架42的内部。变频驱动电机46电连接转轴43，转轴43带动轴承44旋转。
多个转臂45包括两组或两组以上呈对称设置的转臂，每组转臂中，每个转臂45之间的角度为固定值，以模拟一列有轨电车的车厢等距离连接。每个转臂45平行地平面设置，转臂45的一端与轴承44固定连接，受流线圈3固定在转臂45的另一端。每个转臂45的长度相等，且小于圆周的半径一个预设距离。这里的地平面可以理解为承载台。
受流线圈3的宽度小于供电感应线圈2和受流线圈3之间的气隙的大小，即小于一个预设距离的大小。受流线圈3优选为双d型可旋转受流线圈，利于提高电能感应传输效率。
在优选的方案中，每个转臂45包括第一转臂、第二转臂和伸缩装置。伸缩装置的一端与第一转臂连接，另一端与第二转臂连接，以使第二转臂部分或全部由第一转臂中伸出，改变转臂45的长度，从而改变供电感应线圈2和受流线圈3之间的气隙的大小。伸缩装置一方面方便转臂的安装，另一方面可以调整气隙的大小，模拟有轨电车行驶过程中车辆轻载、车辆重载等工况下，有轨电车底部与轨道的距离。
变流器5和负载6可以设置在转臂45的上方，受流线圈3将电能直接通过变流器5传输到负载6。负载在本实施例中优选为固定负载。
在一个优选的实施例中，变流器5和负载6也可以设置在中心固定支架42的下方或外侧，轴承44为滑环，受流线圈3将电能经滑环传输至变流器5，变流后传输至负载6。
在采用两个开关独立控制两段供电感应线圈的通断的方案中，还可以根据用户需求，确定采用一个变流器或多个变流器分别与受流线圈相接，从而实现电能的传输。
在图2所示的实施例中，变流器为2个，变流器51与受流线圈31连接，变流器52与受流线圈32连接。由于每个车厢底部的受电装置的情况略有不同，因而分别对传输至每个受流线圈的电能进行变流，变流后连接负载6。
结合图1、图3所示，模拟试验装置的工作流程如下：
电源模块1对供电感应线圈2供电，变频驱动电机46驱动转轴43旋转，转轴43带动轴承44以及转臂45旋转，从而带动转臂45上固定的受流线圈3沿供电感应线圈2围成的圆周的内侧圆周转动，通过谐振感应耦合将供电感应线圈2的电能传输到受流线圈3，受流线圈3将电能通过变流器5传输到负载6。
通过本发明实施例提供的有轨电车非接触供电系统的模拟试验装置，最终可以得到不同供电条件、气隙大小、旋转速度的情况下，受流线圈的各项参数，例如电压、电流和互感等。
例如，可以得到在供电条件、气隙大小相同的情况下，根据旋转速度的变化，受流线圈的参数的波动情况；或者得到在供电条件、旋转速度相同的情况下，根据气隙大小，即载重情况的变化，受流线圈的参数的波动情况。
本发明提供的有轨电车非接触供电系统的模拟试验装置，用于模拟长直线路上有轨电车的非接触供电系统，利用环形的供电感应线圈模拟长直线路，受流线圈模拟有轨电车的车厢底部的受电装置，整个装置呈水平旋转结构，占地少、投资少，极大地降低有轨电车非接触供电系统的试验条件，有效推动有轨电车非接触供电系统的研究进展。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
1.一种有轨电车非接触供电系统的模拟试验装置，其特征在于，所述模拟试验装置包括：电源模块、供电感应线圈、受流线圈、旋转机构和变流器；
所述旋转机构包括中心固定支架、多个周边固定支架、多个转臂、轴承、转轴和变频驱动电机；
所述多个周边固定支架等高等间距的垂直地平面，设置在一个圆周上；所述供电感应线圈环绕所述多个周边固定支架设置；
所述转轴设置于所述圆周的圆心；所述转轴穿设于所述中心固定支架的中心；
所述轴承套设在所述转轴的上部，并与所述转轴固定连接；所述中心固定支架设置于所述转轴的下部；所述中心固定支架的上表面与所述轴承的下表面平行且不相接触；
所述变频驱动电机固定在所述中心固定支架的内部；所述变频驱动电机电连接所述转轴，所述转轴带动所述轴承旋转；
所述多个转臂包括两组或两组以上呈对称设置的转臂，每组转臂中，每个转臂之间的角度为固定值；每个所述转臂平行所述地平面设置，所述转臂的一端与所述轴承固定连接，所述受流线圈固定在所述转臂的另一端；每个所述转臂的长度相等；所述转臂长度小于所述圆周的半径一个预设距离；
所述电源模块对所述供电感应线圈供电，所述变频驱动电机驱动所述转轴旋转，所述转轴带动所述轴承以及所述转臂旋转，从而带动转臂上固定的受流线圈沿所述供电感应线圈围成的圆周的内侧圆周转动，通过谐振感应耦合将所述供电感应线圈的电能传输到所述受流线圈，所述受流线圈将所述电能通过所述变流器传输到负载。
2.根据权利要求1所述的有轨电车非接触供电系统的模拟试验装置，其特征在于，每个所述转臂包括第一转臂、第二转臂和伸缩装置；
所述伸缩装置的一端与第一转臂连接，另一端与所述第二转臂连接，以使所述第二转臂部分或全部由第一转臂中伸出，从而改变所述转臂的长度。
3.根据权利要求1所述的有轨电车非接触供电系统的模拟试验装置，其特征在于，所述轴承为滑环；所述受流线圈将所述电能通过所述变流器传输到负载具体为：
所述受流线圈将所述电能经所述滑环传输至所述变流器，变流后传输至负载。
4.根据权利要求1所述的有轨电车非接触供电系统的模拟试验装置，其特征在于，所述电源模块包括逆变器、lcc谐振电路和开关；
城市电网经整流后为所述电源模块直流供电，所述逆变器将直流电转换为交流电，为所述lcc谐振电路供电；所述开关设置于所述lcc谐振电路和所述供电感应线圈之间，控制所述供电感应线圈的电路通断。
5.根据权利要求4所述的有轨电车非接触供电系统的模拟试验装置，其特征在于，所述开关包括第一开关和第二开关；
所述供电感应线圈包括首尾相连的第一线圈部和第二线圈部；
所述第一开关控制设置于所述lcc谐振电路和第一线圈部之间，独立控制所述第一线圈部的电路通断；
所述第二开关控制设置于所述lcc谐振电路和第二线圈部之间，独立控制所述第二线圈部的电路通断。
6.根据权利要求1所述的有轨电车非接触供电系统的模拟试验装置，其特征在于，所述供电感应线圈为双d型固定分段式供电感应线圈；所述受流线圈为双d型可旋转受流线圈。
7.根据权利要求1所述的有轨电车非接触供电系统的模拟试验装置，其特征在于，所述模拟试验装置中，所述供电感应线圈用于模拟有轨电车的长直轨道；
每个所述受流线圈用于模拟在所述长直轨道上行驶的有轨电车的一个车厢的受电装置。
技术总结