高速动车组车体电磁环境建模仿真分析

摘要

经过近20年的发展，高速铁路凭借其自身众多优势，如运行速度快，能耗低，安全系数高，舒适便捷，准点率高等，对沿线区域的经济发展和环境保护均起到了积极作用。高速动车组内聚集了众多电气设备和电缆，会对动车组车体中电磁环境造成影响，其产生的低频电磁影响不仅会对动车组内部的控制通信设备产生干扰，同时会对乘客的健康产生损害。因此对高速动车组车体低频电磁环境及磁场分布规律的研究有助于提高高速动车组的运行安全性，也为制定各种电磁防护措施提供了依据。 本文使用ANSYS MAXWELL软件建立了符合实际情况的三维电磁场有限元模型。牵引电流从接触网经受电弓、车顶高压线、接地系统、钢轨流向大地。牵引电流会在车体内产生低频电磁场，依据有限元原理和电磁场相关理论分析动车组在正常运行情况下车体内低频磁场分布。为了详细分析车厢内磁场分布规律，在车体模型中建立众多横截面及纵截面，并仿真计算这些平面上的低频磁场。 本文通过建模仿真，分析了四种因素对动车组低频磁场分布的影响。建立无车窗动车组模型，将仿真结果与有车窗动车组模型的仿真结果做对比；将动车组车体材质分别设为铝合金和钢，分析车体材质对动车组低频磁场分布的影响；在模型中去除车顶高压电缆的护套、绝缘层和屏蔽层，研究此时动车组车体内的低频磁场分布；将接触网中牵引电流的大小分别设为200A、300A、400A，分析牵引电流大小对动车组低频磁场分布的影响。说明了国际上对工频磁场的暴露限值，讨论了低频磁场对人体的影响并提出改进措施。 牵引电动机是动车组中电磁骚扰源之一，本文对牵引电动机建立了三维模型，对其附近不同情况下产生的低频磁场进行分析。将仿真结果与在动车组上的实测结果做对比，证明仿真结果能对高速动车组内电磁环境的分析提供相应参考。并对牵引电动机设备箱在不同材料以及不同厚度情况下的屏蔽效能进行了建模分析。

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2015020384-宋鹏-自动化与电气工程学院

宋鹏大论文最终版定稿 - 副本