关于动车组线缆耦合的电磁兼容性研究

摘要

高速动车组是一个设备密度大、安装空间狭窄、电缆布线密集、强弱电信号交织的大型系统，它的电磁干扰耦合机理异常复杂。前人对线缆耦合进行了大量研究，然而动车组上的车载线缆通常被布置在金属结构的线槽中，使其分布参数与电磁特性发生变化，使之不同于一般的线缆耦合问题，因此需要对动车组上的线缆耦合问题进行更加深入、系统的分析。本文主要针对高速动车组上的线缆耦合问题，从理论分析、试验验证和仿真建模等方面详细分析了其电磁兼容特性，进而对整车的布线提出了相关建议。
　　首先，引入了模块化建模的思想和对象属性的概念，打破高速动车组上设备或部件的原有组成模式，根据设备敏感度及其输入输出的电磁特性进行抽象，将具有相同电磁属性的对象定义为一个对象模型，使用相同的分析方法进行分析，从而建立起具有层次性的模块化结构模型。在分析一个特定的对象时，仅针对对象模型的相关属性进行操作，就可以分析得到该对象的电磁兼容性分析结果。
　　其次，分别对非屏蔽线和屏蔽线的串扰耦合进行理论分析，推导了串扰系数的表达式，在此基础上编写matlab程序，探究了串扰耦合系数与不同参数的关系，为串扰的预测提供方便。导线分布参数是产生串扰的根本原因，结合动车组的实际结构，应用镜像原理对不同情况下的导线分布参数进行了公式推导，给出了不同情况下分布电感与分布电容参数的计算方法。
　　最后，在上述理论的基础上，建立线缆耦合的仿真模型，得到的仿真结果与理论分析、测试结果相一致，证明了建模方法和模型的有效性。进而根据该建模方法建立了线缆位于同一线槽内和不同线槽内的耦合模型，讨论了不同参数对串扰耦合系数的影响，验证了理论分析的正确性。针对动车组车底线缆的实际排布，分别建立了低压线槽内的线缆耦合模型和高低压线槽间的线缆耦合模型，重点研究了线槽结构对线缆串扰耦合的影响，对比了线槽两种不同的接地方案。
　　仿真结果表明，动车组上低压侧的线缆耦合在有槽时的最大串扰值比无槽时的最大串扰值至少改善了20dB，线槽的顶盖和隔舱可以起到减小线缆间耦合的作用;高压侧布置线槽可以减小高压侧与低压侧线缆间的串扰，位于动车组高低压线槽内的线缆串扰耦合系数在-80dB以下，不会相互影响;线槽按等间距接地与按设备就近接地的两种接地方式对线缆的串扰耦合影响不大。依此，在动车组新车型的研发设计阶段，提出动车组车下电缆布线的相关建议和优化方案，具有重大的实际意义。

目录

声明

致谢

摘要

1 引言

1．1 研究背景

1．2 国内外研究现状

1．2．1 基于传输线理论的线间串扰研究现状

1．2．2 高速动车组上的线缆耦合研究现状

1．2．3 模块化思想研究现状

1．3 研究内容及意义

2 面向对象的动车组建模方法

2．1 动车组电磁兼容的预测分析

2．2 面向对象的分层模块化建模方法

2．3 面向对象的动车组电磁兼容性的建模方法

2．3．1 面向对象的动车组系统分层结构

2．3．2 面向对象的动车组系统模块化建模

2．3．3 线缆耦合预测模块

2．4 本章小结

3 线缆串扰耦合模块的计算分析

3．1 线间串扰模型的建立

3．2 不同参数对线间串扰的影响

3．3 分布参数的计算原理

3．3．1 分布参数的定义

3．3．2 镜像原理

3．4 多导体传输线的分布参数计算

3．4．1 三条导线的分布参数

3．4．2 理想导电面上的n条导线的分布参数

3．4．3 金属套管内的n条导线的分布参数

3．4．4 两个垂直理想导电面上的n条导线的分布参数

3．4．5 理想矩形导体腔内的n条导线的分布参数

3．5 本章小结

4 线缆串扰耦合的仿真预测模型

4．1 仿真模型的验证

4．2 测试的验证

4．3 线槽对串扰耦合的影响

4．3．1 线缆位于同一线槽内不同参数对串扰的影响

4．3．2 线缆位于不同线槽内不同参数对串扰的影响

4．4 车底线缆耦合模型

4．4．1 车底线槽对车下线缆串扰耦合的影响

4．4．2 车底线缆间的串扰耦合分析

4．5 车底线槽接地模型

4．6 车下布线的相关建议及优化方案

4．7 本章小结

5 结论

5．1 工作总结

5．2 工作展望

参考文献

作者简历及攻读硕士学位期间取得的研究成果

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