铁路列车供受电端分离电弧特性及干扰研究

摘要

列车运行速度高速化是电气化铁路发展的必然趋势，目前来说整个世界上的铁路列车运行都朝着高速化发展，提升列车运营速度和建立能承载更高速度的铁路运输网是各国铁路发展不断追求的目标。随着列车运行的高速化,铁路中的供、受电端存在的问题也显得越来越突出。铁路列车在高速运行过程中由于供电端和受电端振动、接触时刻的不平顺、轨道本身不平稳等，受电端与供电端在列车高速运行时刻发生分离而产生电弧。铁路电弧在发生时刻，还会产生大量电磁干扰，会干扰到铁路沿线关键敏感的电力电子通信等设备，离线电弧是高速列车的关键问题之一。随着铁路系统电磁兼容标准越来越严格，对铁路电弧进行研究，并提出有效的防护措施来抑制不必要的干扰，保证列车运行的安全高效显得十分有必要。 本文利用电弧电气特性推导出电弧干扰的频段范围。并利用FDTD程序计算了电弧电磁干扰辐射，针对电磁干扰利用电磁仿真软件建模仿真,并提出了有效的电弧电磁干扰防护措施。主要的研究工作如下： 首先从电弧的基本概念入手，分析了电弧的特性和组成部分。电弧有三个部分组成分别是阴极区域阳极区域和弧柱。以电弧发生过程中的能量守恒为切入点推导了电弧形成的数学方程，电弧数学方程实际上描述的是一个二端口的黑盒模型，忽略电弧内部的物理变化，仅考虑电弧的外部特性。并对电弧加以不同条件进行限定，分别得到最经典的Mayr和Cassie两种电弧的物理-数学模型，其中Cassie模型一般情况下描述电弧发生过零点前比较准确，此时电弧电流较大，Mayr电弧描述电弧发生过零时刻比较准确，此时电弧电流较小。 其次，将电弧的数学方程替换为仿真参数方程，并利用MATLAB的simulink模块元件描述方程参数，来建立电弧数学模型。通过对不同电弧模型的仿真得到了电弧发生时刻电压电流的变化关系，并分析得到在不同激励源作用下（交流电压源、直流电压源）不同类型电弧电压电流随时间变化的电气特性。 最后，将电弧假设为一个单极子天线，利用FDTD算法分析了电弧的辐射干扰特性和频段分布范围。利用电磁仿真软件中建立列车机车模型，为集电靴设置防护挡板以减小电弧的辐射干扰。仿真结果表明，该防护措施能有效的减小电弧的电磁辐射干扰，可为铁路运行安全设计提供了有效参考。

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摘 要

Abstract

绪论

1.1 研究背景和意义

1.2 国内外研究现状

1.3 论文的主要工作和研究内容

电弧的基本理论分析

2.1 铁路系统电弧形成原因

2.2 电弧基本理论

2.2.2 电弧的基本组成

2.2.3 电弧主要特征

2.3 本章小结

电弧仿真模型建立及分析

3.1 MATLAB中几种经典电弧模型的建立

3.1.1 mayr电弧模型建立

3-4 本章小结

铁路电弧电磁干扰及防护措施分析

4-1 电弧电磁辐射特性分析

4-2 电磁屏蔽理论与技术

4-3 电弧辐射防护措施分析

4.3.1 集电靴处的防护挡板的防护分析

4-4 本章小结

总结与展望

致 谢

参考文献

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