铁路机车电力电子设备的电磁拓扑研究

论文摘要

电磁拓扑法的研究,在美国、法国等国家发展得相当成熟了。法国军方已研制出了基于电磁拓扑理论的"Socrates"、"Hyperion"等检测系统,而在国内的研究进展比较缓慢,还有很多的地方需要不断的深入了解和讨论,且铁道系统电磁兼容方面的应用尚属空白。本文针对铁路机车电力电子设备的抗干扰问题提出了电磁拓扑法的研究模型,进行了相关研究。首先总结了电磁拓扑法解决问题的一般流程以及关键因素,然后详细分析了铁路机车系统的电磁骚扰源、耦合途径以及受扰设备等情况,并针对BTM信号设备和GSM-R通信线缆的受扰情况建立了具体的电磁拓扑模型。为确定BTM电磁抗干扰分析中的关键耦合路径的权函数,设计了相应的实验来测量统计其规律。实验分别考察了敏感线缆受共模骚扰和差模骚扰两种情况下的耦合系数。由于接收电缆的屏蔽层在不同的接地方式下对骚扰的耦合程度不一样,在实验中测量了敏感线缆屏蔽层单端接地、双端接地以及双端“浮地”的情况。然后对测量的结果进行数值处理,提取给定条件下的场传输函数。对GSM-R通信线缆受远场电磁波干扰的模型,给出了具体的计算和分析过程,并比较了在不同激励下的响应情况。该数学模型是从双线传输线理论出发,结合远场条件下平面电磁波的特性,构造出来的BLT方程组。在不同波形的激励作用下,对此BLT方程组运用MATLAB进行计算,可以得到通信线缆负载端不同的响应情况。本文的贡献主要有两个：一是结合国内对铁路机车电磁兼容问题的研究成果,提出了机车电子信号设备的电磁拓扑模型；二是针对铁路机车中牵引电缆与信号线缆的近场耦合问题,系统全面地进行了实验测试,并运用曲线拟合的方法,确定了电磁拓扑信号流图中场传输通道的传输函数,给后面的理论计算提供了基础,也为以后的相关研究提供了参考依据。

论文目录

• 致谢
• 中文摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 列车电磁兼容研究现状
• 1.2 电磁兼容分析与建模概述
• 1.3 本论文的主要工作
• 2 电磁拓扑学简介
• 2.1 系统间电磁影响
• 2.2 BLT方程的推导及其延伸
• 2.3 相关参数的确定
• 2.3.1 S参数的确定
• 2.3.2 P矩阵的调整
• 2.3.3 扩展的BLT方程
• 2.4 需要注意的几个问题
• 2.4.1 频率适用范围
• 2.4.2 场路耦合结点的选取
• 2.4.3 尚待解决的相关问题
• 3 动车组电磁拓扑描述
• 3.1 整车电磁兼容概要分析
• 3.2 信号设备电路电磁拓扑图
• 3.3 多种分析方法的综合运用
• 4 BTM电磁兼容抗干扰模型研究
• 4.1 BTM简介
• 4.2 BTM电磁兼容分析
• 4.2.1 升弓或降弓以及开关操作影响
• 4.2.2 弓网离线的火花放电影响
• 4.2.3 空间电磁场的影响
• 4.2.4 强电电缆对信号线缆的近场耦合效应
• 4.2.5 BTM的电磁拓扑解法
• 4.3 线缆间近场耦合的实验分析方法
• 4.3.1 共模情况
• 4.3.2 差模情况
• 4.3.3 传输函数的确定
• 4.4 本章小结
• 5 GSM-R通信线缆受扰模型研究
• 5.1 GSM-R受扰的分类
• 5.1.1 系统外部干扰
• 5.1.2 系统内部干扰
• 5.2 GSM-R通信线缆受外部干扰的电磁拓扑分析
• 5.2.1 场线耦合模型
• 5.2.2 此模型BLT方程的建立
• 5.2.3 数值仿真计算及分析
• 5.2.4 本章小结
• 6 结论
• 参考文献
• 作者简历
• 学位论文数据集