弓网电弧光谱与电磁辐射特性研究

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受电弓滑板与接触线间的良好接触，保障了高速铁路动车组稳定受流。高速铁路速度的提升，导致弓网系统振动加剧，离线频繁，电弧频发。弓网电弧作为一种高温等离子体，会对受电弓滑板和接触网导线造成严重侵蚀。此外，弓网电弧会辐射出高频带高强度的电磁辐射噪声，干扰列车通讯设备和信号系统的正常工作。然而目前对弓网电弧着重于监测和电气参数的测量，缺乏对弓网电弧等离子体参数及电磁辐射特性的分析，未能以定量角度探明运行条件对弓网电弧的影响规律。因此有必要开展弓网电弧等离子体参数和电磁辐射特征参量的研究，以便深入了解弓网电弧的燃弧和电气损伤机理。本文首先针对弓网电弧等离子体内部参数及其影响规律开展了研究，搭建了弓网电弧光谱检测平台，基于发射光谱诊断原理，采集并归属了弓网电弧等离子体的发射光谱。并根据弓网电弧发射光谱的特点，选择特定谱线计算了弓网电弧的激发温度、电子密度，并通过分子谱线拟合软件Specair和 LIFBASE仿真计算了弓网电弧气体温度。将采集的电弧光谱进行阿贝尔逆变换，研究了弓网电弧等离子体激发温度和电子密度的空间分布特点。探明了电弧电流和弓网间距对等离子体参数的影响规律。基于光谱诊断法和红外图像，研究了降弓过程中弓网电弧等离子体与电极温度的变化规律，探明了弓网电弧等离子体参数的动态特性。该研究有助于为仿真模型提供准确的数据参考，进一步揭示弓网系统的电气损伤机理。同时，采用仿真软件Ansoft HFSS，搭建了四阶Hilbert天线模型，分析了天线的导线宽度、介质板厚度和馈电点位置对天线性能的影响规律，优化了Hilbert天线设计以适用于弓网电弧电磁辐射检测。实现了四阶Hilbert天线实物化，利用矢量网络分析仪，测量了实物Hilbert天线的驻波比，对比分析了天线性能参数的仿真与实测结果。基于弓网电弧电磁辐射测试装置，同步测量了弓网电弧电磁辐射和电压电流信号，探明了电弧电磁辐射产生机理，完成了对弓网电弧电磁辐射信号的FFT变换，得出了弓网电弧电磁辐射频谱特征。该研究有助于实现对电弧检测的设备小型化，为实现弓网电弧的电磁兼容标准的建立提供理论支持和数据参考。

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作者
胡怡;
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作者单位

西南交通大学;

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授予单位西南交通大学;
学科电气工程
授予学位硕士
导师姓名吴广宁;
年度 2018
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原文格式 PDF
正文语种中文
中图分类电气化铁路;计算技术、计算机技术;
关键词
弓网; 电弧光谱; 电磁辐射;

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