CN106515461A - 磁悬浮列车集电靴及磁悬浮列车电磁屏蔽方法 - Google Patents

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Abstract

磁悬浮列车集电靴及磁悬浮列车电磁屏蔽方法，涉及轨道交通技术，特别涉及磁悬浮列车集电靴。本发明的磁悬浮列车集电靴是在集电靴的外侧上设置有屏蔽板，所述屏蔽板的内侧设置有吸磁材料层，屏蔽板的外侧设置有吸波材料层。本发明的有益效果是，有效的降低了集电靴产生的电磁辐射，减少了电磁辐射对磁悬浮列车的影响，并且可在达到屏蔽效果的同时便于工程实现。

Description

磁悬浮列车集电靴及磁悬浮列车电磁屏蔽方法
技术领域
本发明涉及轨道交通技术，特别涉及磁悬浮列车集电靴。
背景技术
目前随着磁悬浮技术理论的发展，磁悬浮列车将会越来越多的用于交通。中低速磁浮交通系统是利用车载磁铁与轨道上的铁磁构件相互吸引，抵消地球引力，通过自动控制手段使车体与轨道之间保持一定的间隙(悬浮间隙一般为8～12mm)，使列车悬浮在轨道上运行。中低速磁浮交通是一种低噪声无碳交通，是未来城市交通发展的重要方向之一，工作原理不同于已有的交通方式，产生电磁干扰的原因也不同。
度量屏蔽性能的参量是屏蔽效能(shielding effectiveness,SE)。屏蔽效能的定义为：无屏蔽体存在时某点电场强度E0或磁场强度H0与存在屏蔽体时该点电场强度E1或磁场强度H1的比值。鉴于屏蔽效能值的范围很宽，一般用分贝(dB)或奈比(Nep)来表示，其计算公式为：
或
本文采用分贝为单位的屏蔽效能定义。
中低速磁悬浮列车的牵引供电采用直流电流制，电压等级选用DC1500V，通过集电靴从供电轨滑动取流，正常情况下，直流电压为1500V，负荷电流为1500～2000A。
在磁悬浮列车的运行过程中，出现如下情况，可能会发生拉弧现象：
1)磁悬浮列车启动时；
2)磁悬浮列车通过供电轨端部弯头位置时，从带电区进入无电区，相当于集电靴需分开大负荷；
3)集电靴滑动面有杂物，使得滑动面与集电轨接触不良时；
4)供电轨周围有杂物，导致供电轨对地绝缘距离缩短时；
5)磁悬浮列车通过转换轨区段位置，带负荷(列车空调等)降弓时。
直流电弧十分容易产生，电路电压不低于10～20V，电流不小于80～100mA，分合回路时便会产生电弧。理想状态中直流1500V，电流为1500～2000A的电弧，可拉长至2m仍可继续燃烧不熄灭。直流电弧不同于交流电弧，不存在交变，电弧不过零点，故直流电弧自持性更强，更难以熄灭。电弧产生时会伴随光、热、声音、电磁辐射等特性，而电磁辐射就会对轨道周围无线信号及电子设备产生干扰。电弧放电的特征波形与很多因素相关，如大气压力、弧隙长度、负载电流、负载特性(纯阻性负载、感性负载、容性负载)。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，提供一种能够有效降低电磁辐射的集电靴，以及集电靴电磁屏蔽方法。
本发明解决所述技术问题采用的技术方案是，磁悬浮列车集电靴，其特征在于，在集电靴的外侧上设置有屏蔽板，所述屏蔽板的内侧设置有吸磁材料层，屏蔽板的外侧设置有吸波材料层。
所述吸波材料为碳系吸波材料，所述吸磁材料为坡莫合金。
本发明还提供一种磁悬浮列车电磁屏蔽方法，在集电靴的外侧设置屏蔽板，所述屏蔽板的内侧设置有吸磁材料层，屏蔽板的外侧设置有吸波材料层。
所述吸波材料为碳系吸波材料，所述吸磁材料为坡莫合金。
本发明的有益效果是，有效的降低了集电靴产生的电磁辐射，减少了电磁辐射对磁悬浮列车的影响，并且可在达到屏蔽效果的同时便于工程实现。
附图说明
图1是本发明的集电靴的结构示意图；
图2是磁场屏蔽情况示意图；
图3是电场屏蔽情况示意图。
具体实施方式
参见图1-3。
通过对电弧的电磁辐射进行建模仿真和屏蔽，对于电弧的建模仿真主要通过三个途径展开：
1)基于经验方程的电弧模型；
2)基于能量守恒的电弧模型。
3)基于等离子体数值仿真的电弧模型；
经过文献调研，无论采用何种模型，用来仿真直流火花电弧造成电磁辐射干扰的研究，电压都未超过400V。本发明采用等离子体数值仿真的电弧模型，从电弧的等离子体特性出发，研究直流电压为1500V的电弧放电产生的电子和离子的分布与运动特征，并结合电磁场、流场和热传场进行耦合求解，对发生电弧放电时复杂的内部特性进行分析，求取了火花电弧的电磁干扰辐射场，此途径还有一个优点是可以直接求取干扰电磁场。
在上文所述原因下，集电靴易产生直流火花电弧，而造成高频电磁辐射，容易对周围电子设备产生影响。通过在集电靴的外面加装涂有吸磁材料和吸波涂料的屏蔽板。能够实现在干扰源处减少电磁波的辐射干扰。
本发明提供一种磁悬浮列车集电靴，在集电靴的一个工作面上设置有吸磁材料，另一个工作面上设置有吸波材料。
本发明还提供一种磁悬浮列车电磁屏蔽方法，在集电靴面向轨道的工作面上设置吸磁材料，另一个工作面上设置吸波材料。
所述吸波材料为碳系吸波材料，所述吸磁材料为坡莫合金。
如图1所示，图中标记2为轨道，在集电靴1的外侧(背向轨道的一侧，或者说，远离轨道的一侧)安装屏蔽板3，在屏蔽板的内侧(面向轨道的一侧)有吸磁材料层5，用于吸收低频电磁辐射，在屏蔽板的外侧有吸波材料层4，用于吸收高频电磁辐射。在屏蔽板上的镂空部分，一方面可以减少材料的使用，另一方面，可以减小磁悬浮列车在运行过程中屏蔽板内外侧空气流速不同造成的压强差，以减小对列车运行稳定性的影响和运行过程中空气对屏蔽板的影响。
用电磁仿真软件CST对集电靴点火花放电的电磁干扰情况进行建模仿真。在模型的建立上，先将屏蔽材料设置为理想导体，具体工程应用时吸波材料和吸磁材料的选取可根据屏蔽要求和商业价值来选用。建立模型后利用探针分别在屏蔽板外侧和没有加屏蔽板的另一侧等距位置处探测辐射的大小，其结果如图2、3。
由于集电靴点火花放电的频率范围大致在0-25MHz以内，从结果可知，在该频段内电磁干扰均下降了10db左右，故而该结构的设计能较好的满足电磁辐射的屏蔽条件。可以在极大程度上避免磁悬浮列车的集电靴电火花放电对外界电子设备的电磁干扰。
表1 屏蔽板屏蔽后电磁场强度对比表
屏蔽前 屏蔽后 屏蔽效能
磁场强度范围(单位A/m) 0.5 0.1 13.98dB
电场强度范围(单位V/m) 160 90 5.00dB
通过仿真建模来计算出不加屏蔽时集电靴的电磁辐射情况，如上述结果所示，电磁吸波装置是挂在集电靴的外面。集电靴处会产生低频磁场，在集电靴处加上电磁屏蔽材料，会有效的减少电磁泄露。在加装屏蔽装置后，通过建立模型仿真计算，得到其屏蔽效能良好。本发明采用较容易实现的在集电靴外侧加装屏蔽装置的结构，有利于从辐射源处屏蔽电磁辐射，工程实现较为容易，可提高在磁悬浮列车电磁干扰的屏蔽等方面的应用。

Claims (4)

1.磁悬浮列车集电靴，其特征在于，在集电靴的外侧上设置有屏蔽板，所述屏蔽板的内侧设置有吸磁材料层，屏蔽板的外侧设置有吸波材料层。
2.如权利要求1所述的磁悬浮列车集电靴，其特征在于，所述吸波材料为碳系吸波材料，所述吸磁材料为坡莫合金。
3.磁悬浮列车电磁屏蔽方法，其特征在于，在集电靴的外侧设置屏蔽板，所述屏蔽板的内侧设置有吸磁材料层，屏蔽板的外侧设置有吸波材料层。
4.如权利要求3所述的磁悬浮列车电磁屏蔽方法，其特征在于，所述吸波材料为碳系吸波材料，所述吸磁材料为坡莫合金。
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