第1章绪论
1.1问题的提出铁路是国家重要的基础设施，国民经济的大动脉，交通运输体系的骨干，具有运力大、成本低、有利于环保等特点，在转变经济发展方式的社会主义建设新时代要求下肩负着更加重要的历史使命。近年来，随着我国国民经济的持续、快速、稳定的发展，铁路管理和研究部门通过一系列的体制改革、管理改革和技术革新，使我国的铁路事业取得了令人瞩目的成绩。客运方面，我国把发展客运高速作为实现现代化的一个主要方向。2003年10月，我国第一条高速铁路秦沈客运专线通车，由此拉开了高速铁路快速发展的序幕。截至2011年6月，共有19条高速铁路通车运营。&qu代写高校毕业论文ot;十二五"时期，我国将继续大力发展高速铁路。根据2008年铁道部最新的《中长期铁路网规划》，到2020年我国高速铁路将达到1.6万公里以上。货运方面，我国货物列车的运行速度均为80km/h，部分达到120km/h,这增加了货车的在线运行时间，严重影响了铁路线路的使用率，也制约着铁路的进一步提速。为了提高铁路货运能力和竞争水平，货运快速化和专用化是当今世界铁路货运的发展趋势。根据《铁路主要技术政策》及《铁路货车"十二五"技术发展规划》，我国将发展商业运行速度为160km/h的快速货车。当车辆运行速度提高时，车轮在制动过程中更易出现滑行而擦伤。为了防止此现象的发生代写高校毕业论文设计，快速运行的车辆上应当安装防滑器。根据国外的使用经验，当货车运行速度提高到160km/h及以上时，均安装了防滑器。防滑器是防止粘着制动时因制动力过大而引起车辆滑行的装置，分为机械防滑器与电子防滑器两种。机械防滑器灵敏度低、性能不稳定，且可靠性差。而电子防滑器几乎弥补了机械防滑器的所有不足之处，可最大限度地利用粘着，提高制动系统的工作性能，具有响应时间短、运算精度高和智能化等特点。在快速货车上使用电子防滑器，必须解决供电问题。同时，一旦解决了供电问题，许多在机车、客车上代写高校毕业生就业论文成熟运用的电子控制技术皆能在货车上使用，例如轴温报警系统、列车无线通讯装置等。也可在货车上使用电空制动系统，以电气信号控制制动系统，实现货车的同步制动，从而缩短制动时间、减小制动距离以及降低纵向冲动。因此，货车供电问题的解决，有利于在货车上运用机车、客车上的成熟技术以及发展新技术，提高货车装备的技术水平和保障货车的行车安全。各种技术中，以防滑器的运用需求最为迫切，本文主要研究了供快速货车电子防滑器使用的供电装置。1.2电子防滑器的供电要求电子防滑器由微机控制单元、速度传感器和防滑阔等组成。只有提供了适宜的电源，电子防滑器才能正常工作。文献[7]和[8]指出防滑器可使用车上蓄电池或其他专业电源作为供电电源。在标准电'压波动±30%时，防滑器应能可靠工作。文献[9]指出标准电压为：24VDC、 48VDC、72VDC、 96VDC和110VDC。表1-1列出了多家生产厂家制造的电子防滑器的主要电气参数。
1.3快速货车供电方式探讨1.3.1列车目前运用的发电方式如何在铁路货车上安装电能生成或存储装置，一直是亟待解决的主要问题。为此，各国铁路工作者提出了多种方案，如蓄电池独立供电装置、车轮轴端发电装置、气动马达发电装置和振动能量收集装置等。1.3.1.1蓄电池独立供电装置蓄电池独立供电装置是以传统的化学能电池作为主要的能量供应装置。其主要缺点是电池尺寸大、寿命有限、更换成本高、无法持续供电等。同时，由于我国货车的特殊运营方式，无法保证对蓄电池进行适当的维护与管理。1.3.1.2车轮轴端发电装置车轮轴端发电装置安装于车轮轴端，本质上是一种发电机。发电机的转子随车轮一起转动，发电机的定子与轴箱或承载鞍相连而保持静止。只要车轮转动，发电机就能产生电能。根据安装方式的不同，目前车轮轴端发电装置主要有以下三种形式。第一种在铁道客车上较常用，如在我国YZ22、 CA22、 XL22和UZ22型铁道客车上广泛使用的J5型发电机"4]，如图1-1所示。通过皮带或万向轴齿轮等装置，将轮对的转动传递到J5型发电机输入端。行车时，由发电机给车辆电器和蓄电池供电；停车时，由蓄电池供电。该装置对运用检修要求较高，曾经出现过发电装置脱落，险些酿成行车事故的经历。考虑到我国货车的运用检修条件，该方式不太适合应用于货车。
1.3.2可行的发电方式探讨"十一五"期间，我国可再生能源快速发展，开发利用规模逐步扩大，技术和装备水平显著提高，可再生能源已成为能源发展中的重要组成部分。可再生能源包括水能、生物质能、风能、太阳能、地热能和海洋能等。鉴于铁路货车的运行环境，可考虑在快速货车上利用太阳能或风能发电。1.3.2.1太阳能发电装置太阳能是最原始的能源，地球上几乎所有其他能源都直接或间接来自于太阳能。太阳能具有资源充足、分布广泛、安全、清洁等优点。由于太阳能可以转换成多种其他形式的能量，因此应用范围十分广泛。目前成熟的太阳能发电技术主要有太阳能光热发电技术和太阳能光伏发电技术两种。太阳能光热发电技术是利用光学系统（如反射镜）聚集太阳竊射能，用以加热工质产生髙温蒸汽，推动涡轮发动机，从而驱动汽轮机发电的技术[18]。光热发电系统主要由聚光系统、集热系统、热传输系统、蓄热贮存系统、汽轮机等组成。太阳能光伏发电技术是利用光伏电池的光伏效应将太阳光的光能直接转换为电能的技术。光伏发电系统主要包括太阳能电池方阵、蓄电池组、充放电控制器、逆变器和交流配电柜等设备[19]。由上述可知，太阳能发电系统结构复杂，包含组件较多，在货车上安装不便。欲在货车上使用，应尽量降低系统机构的复杂度以及减小各组件的体积。尽管太阳竊射遍及全球，但每单位面积上的入射能量却很小，即能量密度低。晴朗白昼的正午，在垂直于太阳光方向的Im2地面面积上能接收的太阳能，平均只有1.3kW左右同时，由于受到昼夜、季节、地理讳度和海拔高度等自然条件的限制以及晴、阴、云、雨和隧道等随机因素的影响。所以，行驶于全国各地的货车上的太阳辐照度既是间断的，又是极不稳定的。因此，在实际运用时，往往需要利用一套面积相当大的太阳能收集设备。考虑到车辆限界以及车辆使用工况，这在货车（特别是敞车、平车等）上不易实现。
1.4风力供电装置选型目前，风力发电机有多种类型，不同类型的风力发电机具有不同的结构及应用场合。快速货车是个特殊的使用场合，为发挥最佳功效，必须选择适宜的风力发电机。按照发电机的功率，风力发电机可分为大；中、小型风力发电机。功率小于lOkW为小型风力发电机，功率介于lOkW与lOOkW之间为中型风力发电机，功率大于lOOkW的为大型风力发电机[241。根据应用场合的不同，风力发电机可分为离网型和并网型风力发电机。离网型风力发电机也称为独立运行风力发电机，是应用于无电网区域的风力发电机，一般功率较小。独立运行风力发电机一般需要与蓄电池和其他控制装置共同组成独立运行风力发电系统。并网型风力发电机与电力系统相连接，一般用于中大型风力发电系统。本文研究的快速货车风力供电装置的负载为最大功耗低于100W的电子防滑器。同时，供电装置输出的电能未与供电电网连接。因此，风力供电装置以独立小型风力发电机作为其捕获风能生成电能的装置。
第2章快速货车风力供电装置组成及原理
112.1快速货车风力供电装置的特点
112.2快速货车风力供电装置的组成及功能
112.2.1机械系统 122.2.2电气系统
第3章快速货车风力供电装置电气系统设计与实现
233.1电气系统总体设计
233.2硬件电路设计
233.2.1电力变换电路
233.2.2控制系统 253.2.3硬件电路实物图
第4章快速货车风力供电装置机械系统研究
434.1机械系统工作原理
434.2机械系统的数学模型
434.2.1风力机数学模型
434.2.2梯形波永磁同步电机数学模型
第5章快速货车风力供电装置仿真研究
495.1仿真研究的目的
495.2 Simulink仿真平台简介
495.3风力供电装置机械系统仿真
结论
目前快速货车上由于无合适的电源，限制了电子防滑器的运用。快速运行的货车周围存在十分丰富的风能资源，可采用风力供电装置为电子防滑器供电。风力供电装置由机械系统和电气系统组成。其中，电气系统至关重要，决定电能的输出形式与品质。本文以风力供电装置的电气系统为研究对象，对其组成及工作原理进行了分析，搭建了硬件电路和编写了单片机程序，并进行了相关试验与仿真。