地铁车辆受电弓-接触网系统离线电弧模型研究

摘要

地铁车辆在行驶过程中,安装在车顶的受电弓与接触网线相互贴合滑动，通过弓网之间的滑动电接触，车辆获得了能维持其内部设备运作与行驶所需的电能。弓网间的受流状况对车辆的安全行驶有着极大的影响。
　　当车辆行驶时，受电弓与接触网间由于碰触硬点、过分相、接触线高度变化等原因会发生相互脱离，弓网离线后由于电压击穿空气间隙就会产生离线电弧。弓网离线电弧会降低弓网受流质量、产生高次谐波、导致过电压现象的产生、影响车辆正常运行、并会对整个牵引供电系统中的设备造成损害。另外，离线电弧会放出高热烧蚀电弧触点、对车辆设备造成破坏、降低其使用寿命、影响行车安全。现今针对弓网离线问题的研究多集中在开发、研究弓网离线检测技术以及离线所造成影响的分析等，针对弓网离线电弧本身的研究并不多见。
　　本文首先通过对电弧理论进行研究，分析了电弧的组成结构、电气特性、交流电弧的灭弧机理与近阴极效应；通过电接触理论对电弧两极的能量平衡、电弧的移动特性及电弧造成的触头危害进行了研究。其次通过对实际地铁行驶过程进行分析，研究地铁车辆弓网离线电弧的产生机理并对地铁离线产生的电弧特性进行了分析与研究。通过对现有的电弧模型进行研究比对、对弓网电弧能量的变化进行分析，辅以能量守恒理论建立了弓网离线电弧模型并给出了模型参数。鉴于在实际地铁行驶中采集现场数据难以实现，本文基于城市轨道交通车辆受电弓综合性能试验台实现了车辆运行模拟，采集试验数据并结合试验中观察到的现象进行了分析。经分析可知地铁车辆行驶中弓网离线会产生弓网电弧，且离线频率随车速增大而增加。最后根据实际的试验情况通过MATLAB建立了仿真模型，构建了基于试验台的弓网系统简化电弧仿真电路，验证了提出的电弧模型的正确性。

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第一章 绪 论

1. 1 研究背景与意义

1. 2 国内外电弧模型研究现状

1. 3 本文研究内容以及章节安排

第二章 电弧与电接触理论

2. 1 电弧理论

2. 2 电接触理论

2. 3 本章小结

第三章 离线电弧分析与电弧模型的研究

3. 1 车辆运行过程中各种情况下的弓网电弧现象及弓网电弧特性

3. 2 电弧动态模型研究

3. 3 基于功率守恒微分方程的电弧模型推导

3. 4 基于电弧内储存能量变化平衡的弓网电弧模型建立

3. 5 本章小结

第四章 弓网离线电弧试验研究平台

4. 1 试验台系统结构与功能

4. 2 基于试验台的地铁车辆行驶模拟试验与分析

4. 3 本章小结

第五章 轨道交通车辆弓网离线电弧模型的仿真

5. 1电弧模型仿真参数

5. 2 弓网离线电弧仿真

5. 3 基于试验台的弓网离线电弧模型仿真与分析

5. 4 本章小结

第六章 总结与展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文及取得的相关科研成果

致谢