动车组屏蔽电缆串扰机理的研究

论文摘要

列车上设备之间的电缆布置是影响列车系统电磁兼容性的一个重要因素,动车组车厢内部集中了大量的电子设备与电缆线束,各种强弱电信号交织在有限的车厢空间内,就会产生不同程度的线间耦合,因此布线不当将会造成很大的电磁干扰。本文以传输线理论为基础,对动车组上电缆间的串扰及抗干扰措施进行了系统的分析。首先根据传输信号频率的不同,分别利用集总参数模型和分布参数模型对电缆间串扰进行了理论分析。在集总参数模型中,将电场耦合和磁场耦合分开进行讨论,深入分析了屏蔽电缆屏蔽层的作用及屏蔽层接地方式对电缆间串扰耦合的影响；同时利用传输线理论对分布参数模型进行了分析,结合二端口网络理论得到了电缆间串扰耦合系数的计算方法,并通过推导得到了电缆间分布电感和分布电容参数的计算方法。在上述理论基础上,结合在动车组运行现场电缆上的电流量容易测得而电压量较难测量的实际情况,建立了以电流为研究对象、更适合于动车组电缆间串扰研究的仿真模型。基于此仿真模型,利用MATLAB进行了一系列的仿真运算,定量分析了电缆间距、电缆距地高度以及屏蔽层不同接地方式对串扰的影响。此外,在仿真模型中还考虑了屏蔽电缆存在软辫线的情况,通过仿真确定了软辫线的长度、软辫线与芯线的间距、软辫线的接地方式以及暴露在屏蔽层外的芯线长度对串扰的影响。为了验证仿真模型的有效性,在实验室搭建测试平台,采用射频场感应的方式在干扰电缆上产生骚扰信号,当受扰电缆分别为非屏蔽电缆和屏蔽电缆时,在频域上对电缆间距、电缆距地高度、屏蔽层接地方式及软辫线等参数对电缆间串扰的影响进行了测试。实验结果与仿真结果取得到了较好的一致性,从而验证了理论模型的有效性。最后,基于仿真及测试结果,提出了若干减小电缆间串扰的具体措施。除了上述具体的研究内容,还使用C#编写了界面友好的仿真软件,便于其他非专业人员方便直观地得到电缆间串扰随各参数变化的曲线。

论文目录

• 致谢
• 中文摘要
• ABSTRACT
• 图目录
• 1 绪论
• 1.1 课题研究背景
• 1.2 发展现状
• 1.3 研究内容及主要贡献
• 1.4 本文的内容安排
• 2 电缆串扰的理论分析
• 2.1 引言
• 2.2 集总参数模型
• 2.2.1 电场耦合
• 2.2.2 磁场耦合
• 2.2.3 电场耦合和磁场耦合综合考虑
• 2.3 屏蔽层对串扰的影响
• 2.3.1 电场屏蔽
• 2.3.2 磁场屏蔽
• 2.4 分布参数模型
• 2.4.1 三导体传输线模型
• 2.4.2 分布参数计算
• 2.5 二端口网络理论
• 2.6 本章小结
• 3 电缆串扰模型的建立及仿真
• 3.1 引言
• 3.2 屏蔽电缆串扰模型的建立
• 3.2.1 屏蔽电缆分布参数
• 3.2.2 串扰的计算模型
• 3.2.3 软辫线的影响
• 3.3 串扰仿真及结果分析
• 3.3.1 受扰电缆为非屏蔽电缆的串扰
• 3.3.2 受扰电缆为屏蔽电缆的串扰
• 3.3.3 软辫线造成的串扰
• 3.4 仿真软件
• 3.5 本章小结
• 4 电缆串扰实验
• 4.1 引言
• 4.2 实验方案
• 4.3 实验结果
• 4.3.1 受扰电缆为非屏蔽电缆
• 4.3.2 受扰电缆为屏蔽电缆
• 4.3.3 软辫线对串扰的影响
• 4.3.4 受扰电路接地方式对串扰的影响
• 4.4 本章小结
• 5 结论
• 5.1 工作总结
• 5.2 工作展望
• 参考文献
• 附录A
• 作者简历
• 学位论文数据集