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高速动车组电磁骚扰源建模仿真分析

作　者: 霍宏艳
导　师: 闻映红
学　校: 北京交通大学
专　业: 环境工程
关键词: 高速动车组电磁骚扰源关节式电分相区电磁骚扰牵引电动机
分类号: U266
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

摘要：高速动车组与普通电力机车相比,具有运行速度更高、牵引设备更多、牵引功率更大、电气设备密度更高、配线更加复杂等特点,其电磁兼容性能的优劣在列车的安全性、可靠性、可用性等方面起到越来越重要的作用。在对电气化铁路电磁兼容性能进行研究的过程中,对电磁骚扰源进行深入、彻底的分析是较为关键的一个环节,因为只有明晰骚扰源的产生机理和特性,才可能从根源上抑制电磁干扰。前人对电气化铁道普通电力机车的电磁骚扰源进行了大量研究,得出了很多重要结论。然而,在高速条件下,高速动车组的电磁环境更加恶劣,由此需要我们在新的背景下对高速动车组电磁骚扰源进行更加深入、系统的研究。本文在高速动车组众多电磁骚扰源中选取了较为典型的三种进行研究。第一,目前我国200km/h以上的高速电气化铁路,多采用锚段关节式电分相,高速动车组在通过关节式电分相区时极有可能产生电磁骚扰并对车内电子电气设备造成干扰。我们对该骚扰电压的形成机理进行研究并建立等效电路模型,应用电路仿真软件对骚扰电压的时域特性进行分析,得到了列车过分相区时接触网电压相位不同对骚扰电压幅值的影响情况。第二,高速动车组在通过关节式电分相区时可能会发生电弧放电现象,从而产生频谱丰富的电磁噪声。我们对该电磁噪声进行建模,并应用电磁场仿真软件对所建模型进行仿真分析,得到了其在不同方向上的传播特性；并与列车正常运行受电弓离线时所产生的电磁噪声进行比对,得出了两种情况下电磁噪声传播特性的差异。第三,牵引电动机产生的低频磁场可能对车厢内部的电磁环境产生影响,由此我们建立了高速动车组牵引电动机的二维仿真模型,应用基于有限元方法的电磁场仿真软件对牵引电动机周围的低频磁场分布进行了仿真分析,得到了不同输入电流、不同频率下该低频磁场的分布特性。最后,在仿真研究的基础上,我们对高速动车组过关节式电分相区时产生的电磁骚扰、列车过分相时电弧放电产生的电磁骚扰以及车厢内部牵引电动机正上方的低频磁场进行了实地测量,得到了大量的实测数据,验证了仿真模型的合理性。

全文目录

致谢  5-6
中文摘要  6-7
ABSTRACT  7-11
1 绪论  11-14
  1.1 研究课题的背景和意义  11-12
  1.2 国内外的研究现状  12
  1.3 本文的主要内容与章节安排  12-14
2 高速动车组电磁环境概述  14-19
  2.1 电气化铁道简介  14-16
    2.1.1 电气化铁路的牵引供电系统  14-15
    2.1.2 动车组车辆  15-16
  2.2 高速动车组电磁环境介绍  16-17
    2.2.1 电磁兼容的定义  16
    2.2.2 高速动车组的电磁环境  16-17
  2.3 高速动车组电磁骚扰源  17-19
3 高速动车组过关节式电分相区时电磁骚扰特性研究  19-36
  3.1 问题的提出  19-20
  3.2 锚段关节式电分相  20-21
  3.3 高速动车组过关节式分相区电气过程分析  21-25
    3.3.1 列车进入分相区时的电气过程  21-23
    3.3.2 考虑接触线与中性线之间分布电容时的情况  23-25
  3.4 工程计算  25-28
    3.4.1 牵引变压器等值电路参数计算  25-26
    3.4.2 接触网电气参数的计算  26-28
    3.4.3 列车等值负载的计算  28
  3.5 高速动车组进入电分相区时电路仿真分析  28-33
    3.5.1 仿真模型  28-29
    3.5.2 仿真数据分析  29-33
  3.6 高速动车组过分相区时骚扰电压测试  33-35
    3.6.1 试验设置  33-34
    3.6.2 测试结果  34-35
  3.7 本章小结  35-36
4 高速动车组过分相时电弧放电产生的电磁骚扰特性研究  36-60
  4.1 高速动车组弓网系统的电磁骚扰  36-37
  4.2 无线电波的辐射  37-40
    4.2.1 电波在自由空间传播的场强计算  37-39
    4.2.2 平面反射传播模型  39-40
  4.3 动车组进入关节式电分相受电弓与接触网电弧放电过程分析  40-42
    4.3.1 电弧放电理论  40-41
    4.3.2 受电弓与接触网电弧放电过程分析  41-42
  4.4 弓网系统电磁骚扰的数值建模  42-56
    4.4.1 基本模型的仿真分析  44-45
    4.4.2 考虑车体影响时模型的仿真分析  45-49
    4.4.3 受电弓与接触线之间放电过程的仿真分析  49-51
    4.4.4 列车正常行驶时受电弓离线过程的仿真分析  51-53
    4.4.5 离线与过分相电磁骚扰的对比分析  53-56
  4.5 高速动车弓网系统电弧放电所产生的电磁骚扰测试  56-59
    4.5.1 测试配置  56
    4.5.2 测试结果  56-58
    4.5.3 列车离线时电磁骚扰的测量  58-59
  4.6 本章小结  59-60
5 牵引电动机产生的低频磁场骚扰特性研究  60-69
  5.1 牵引电动机的工作原理  60
  5.2 二维涡流场的基本方程  60-62
  5.3 牵引电动机电磁场的分析方法  62
  5.4 牵引电动机的建模仿真分析  62-67
    5.4.1 基本假设  62-63
    5.4.2 牵引电动机的建模仿真  63-67
  5.5 车厢内部牵引电动机上方低频磁场测试  67-68
  5.6 本章小结  68-69
6 结论与展望  69-71
参考文献  71-73
作者简历  73-75
学位论文数据集  75

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