弓网离线时牵引变压器直流偏磁及其抑制方法研究

摘要

随着高速列车运行速度的提高，接触网导线不平顺、轨道不平顺、接触网振动、受电弓振动也随之加剧，使得受电弓滑板与接触网导线在高速滑动接触受流的过程中脱离接触，发生弓网离线现象，同时伴随产生弓网电弧放电。弓网电接触特性及弓网受流特性的变化将对牵引传动系统造成不利影响，受流质量制约着运行速度的提高。牵引变压器是列车牵引传动系统中能量传递的重要环节之一，所以研究弓网受流特性对牵引变压器特性的影响对于研究其对整个牵引传动系统的影响尤为重要。
　　本文分析了考虑散热系数和弧柱长度的电弧模型;并基于弓网耦合有限元模型分析了不同速度对弓网间接触压力的影响。本文在MATLAB/SIMULINK中建立了牵引变压器与四象限变流器模型，将得到的电弧模型及弓网离线规律作为牵引变压器的输入，分别分析弓网离线电弧及弓网高频离线对牵引变压器直流偏磁、以及直流偏磁后对牵引变压器输出电压、电流特性的影响。同时，为研究直流偏磁对牵引变压器电磁场特性的影响，本文建立了牵引变压器与四象限变流器的场路耦合有限元模型，分析了不同直流偏磁程度对牵引变压器磁密变化及电感参数的影响。由于直流偏磁会引起一次侧电流增大，危及绕组绝缘;且直流偏磁还会导致牵引变压器二次侧漏感减小，从而导致二次侧电流THD增大，对牵引电机输出转矩造成不利影响，因此本文讨论了两种抑制直流偏磁的方法:一种是增加附加绕组，为附加绕组注入反向补偿电流抑制直流偏磁;另一种是改进四象限变流器的控制策略抑制直流偏磁，并在实验室小功率平台上对第二种方法进行了实验验证。

目录

声明

致谢

摘要

1 绪论

1．1 课题背景及意义

1．2 课题国内外研究现状

1．2．1 弓网电弧研究概况

1．2．2 弓网有限元模型研究概况

1．2．3 动车组牵引变压器概况

1．2．4 直流偏磁问题研究概况

1．2．5 直流偏磁抑制方法

1．3 论文的主要内容

2 弓网离线电弧与动态受流特性

2．1 弓网离线电弧现象

2．2 弓网动态受流特性

2．3 本章小结

3 弓网离线对牵引变压器的影响

3．1 牵引变压器

3．2 弓网离线电弧对牵引变压器的影响

3．2．1 直流偏磁的基本原理

3．2．2 弓网电弧对牵引变压器直流偏磁的影晌

3．3 弓网动态受流特性对牵引变压器的影响

3．3．1 弓网完全离线对牵引变压器的影响

3．3．2 弓网恢复接触对牵引变压器的影响

3．3．3 弓网高频离线对牵引变压器的影响

3．3．4 谐波特性分析

3．4 本章小结

4 直流偏磁对牵引变压器电磁场特性的影响

4．1 牵引变压器与四象限变流器的场路耦合建模

4．1．1 实验室牵引变压器缩放设计

4．1．2 场路耦合建模

4．1．3 牵引变压器与四象限变流器场路耦合仿真

4．2 直流偏磁对牵引变压器的磁密变化的影响

4．2．1 不同直流偏磁程度时铁心磁密的变化

4．2．2 不同直流偏磁程度时漏磁密的变化

4．3 直流偏磁对牵引变压器电感参数的影响

4．3．1 牵引变压器漏电感计算

4．3．2 直流偏磁对牵引变压器电感参数的影响

4．4 漏电感参数变化对四象限变流器输出特性的影响

4．5 本章小结

5 直流偏磁的抑制措施

5．1 直流偏磁抑制原理

5．2 附加绕组反向电流补偿法

5．3 改进四象限变流器控制策略抑制直流偏磁

5．4 弓网离线对牵引变压器影响及抑制方法的实验验证

5．4．1 实验平台简介

5．4．2 弓网离线对牵引变压器的影响

5．4．3 直流偏磁抑制方法的实验验证

5．5 本章小结

6 结论及展望

6．1 结论

6．2 展望

参考文献

作者简历

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