【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及电气工程，尤其涉及一种低气压弓网电弧作用牵引传动系统模型的建立方法。
技术介绍
1、弓网系统在电气化铁路运营中起着至关重要的作用，它是连接供电系统和电力机车的关键桥梁，弓网离线将引起弓网电弧,使得列车受流时断时续,并烧蚀受电弓滑板，产生辐射电磁噪声，影响牵引传动系统的安全稳定运行，高海拔低气压环境下，弓网电弧的产生与平原环境相比存在一定差异，对列车牵引传动系统的影响可能也存在不同，因此，研究高海拔低气压环境下弓网电弧对列车牵引传动系统的影响对川藏铁路及高寒高海拔地区的铁路建设具有重要参考价值。
2、目前国内外针对弓网电弧对牵引传动系统的影响已经开展了相关研究，然而在传统的弓网系统离线分析中，开展弓网离线对牵引传动系统的影响时并没有考虑气压的影响，仅分析了在传统平原情况下弓网离线对牵引传动系统的影响，存在局限性，无法准确反映高海拔低气压环境下牵引传动系统的实际运行工况，因此，本专利技术提出一种低气压弓网电弧作用牵引传动系统模型的建立方法以解决现有技术中存在的问题。
技术实现思路
1、针对上述问题，本专利技术的目的在于提出一种低气压弓网电弧作用牵引传动系统模型的建立方法，解决传统的弓网系统离线分析中，开展弓网离线对牵引传动系统的影响时并没有考虑气压的影响，仅分析了在传统平原情况下弓网离线对牵引传动系统的影响，存在局限性，无法准确反映高海拔低气压环境下牵引传动系统的实际运行工况的问题。
2、为了实现本专利技术的目的，本专利技术通过以下技术方案实现：一
3、步骤一：以经典schwarz电弧模型为基础，结合高海拔地区列车气压环境参数、运行速度、电弧长度参数及电弧温度参数对电弧耗散功率进行校正；
4、步骤二：基于经典schwarz电弧模型建立高海拔不同气压下列车弓网电弧的相关方程，即改进型schwarz低气压电弧电气特性模型；
5、步骤三：以实际列车动车组为参考，结合动车组的牵引制动特性和包括车载变压器、整流器、逆变器以及三相负载在内的各组件的技术参数，建立电力机车牵引传动系统模型；
6、步骤四：将改进型schwarz低气压电弧电气特性模型和电力机车牵引传动系统模型结合，搭建低气压弓网电弧作用牵引传动系统模型并进行仿真分析，得到高海拔低气压下弓网电弧对列车牵引传动系统的影响。
7、进一步改进在于：所述步骤一中，所述经典schwarz电弧模型的公式为：
8、
9、其中，d为电弧直径，g为电弧电导，t为时间，τ为电弧时间常数常系数，a为电弧时间常数的电导指数，ploss为耗散功率，b为耗散功率的电导指数，u为电弧电压的瞬时值，i为电弧电流的瞬时值。
10、进一步改进在于：所述步骤一中，对电弧耗散功率进行校正的具体步骤为：先对不同地区大气压力资料进行分析，得到海拔高度h与气压p之间的关系公式如下：
11、h＝45.1×[1-(p/p0)0.1866]
12、其中，p0为平原地区大气压，随着气压减小，电弧直径增加，二者关系式如下：
13、
14、燃弧过程中，电弧耗散功率ploss由传导功率pt、对流散热功率pk和辐射功率ps组成，对应表达式为：
15、ploss＝pt+pk+ps
16、由于大气中自由燃烧的电弧会通过对流机制散失大部分热能，这一过程占据了总热量损失的超过80％，而电弧的热传导和辐射损失占比则相对较少，所以将传功功率和辐射功率损失忽略不计，当受电弓与接触网脱离时，高速列车前端与空气相遇，产生空气压缩现象，即空气在列车前端被压缩，产生高压区，高压空气随后急速向车辆两侧和顶部扩散，形成侧向和上升气流，进一步加强弓网电弧的对流散热，因此将对流散热功率视作弓网电弧的耗散功率，即：
17、ploss＝pk
18、以吹弧理论为依据，按吹弧方向区分，吹弧的气流垂直于电弧的轴线方向时为横吹，吹弧气流的方向与电弧方向平行时为纵吹，在列车运行过程中，电弧与列车运行方向垂直，主要受到横向吹弧作用，因此忽略纵向吹弧作用对弓网电弧电气特性的影响，设列车运行速度是v，电弧直径是d，每小时流过弧长的体积为vdl，此时空气由起始温度t0升高至电弧的平均温度tc，对流散热功率pk等于：
19、
20、标准大气压下，c表示为：
21、
22、将c代入对流散热功率pk公式，得：
23、
24、其中，v表示列车的移动速率，单位为cm/s，d表示弧柱直径，单位为cm，l表示电弧长度，单位为cm；
25、经过单位换算后得到：
26、
27、其中，ploss为热量损失，v为列车运行速度，d为电弧直径，l为电弧长度，th为电弧燃烧时弧柱的最高温度，tl为电弧燃烧时弧柱最低温度，t0为流体介质未与电弧接触时的温度。
28、进一步改进在于：所述步骤二中，改进型schwarz低气压电弧电气特性模型公式为：
29、
30、其中，v为列车运行速度，g为电弧电导，τ为电弧时间常数常系数，a为电弧时间常数的电导指数，u为电弧电压的瞬时值，i为电弧电流的瞬时值，d为电弧直径，l为电弧长度，th为电弧燃烧时弧柱的最高温度，tl为电弧燃烧时弧柱最低温度，t0为流体介质未与电弧接触时的温度。
31、进一步改进在于：所述步骤三中，参考的实际列车动车组为crh2型动车组，crh2型动车组采用atm9型变压器，crh2型动车组的整流器采用单相三电平pwm脉冲整流器，crh2型动车组的逆变器采用三电平逆变器，整流器、支撑电容和逆变器整体封装成牵引变流器。
32、进一步改进在于：所述步骤四中，进行仿真分析的过程中确定列车在恒定速度运行过程中发生弓网离线时遇到的两种典型工况，第一种典型工况设置弓网离线时间为100ms，离线过程中弓网电弧持续燃烧，第二种典型工况设置弓网离线时间为400ms，离线过程中弓网电弧耗散功率逐渐增大。
33、进一步改进在于：根据确定的两种典型工况，分别设置弓网短时间离线时间100ms、弓网长时间离线400ms，根据电机的启动时间，设置弓网离线时刻t＝0.5s，离线恢复时刻分别为t＝0.6s、t＝0.9s，设置p0＝101.3kpa、p＝70.6kpa、p＝50.5kpa三种气压环境，仿真得到三种气压等级下弓网电弧对车载变压器高压侧电压及整流器输出电压随时间变化的波形的影响。
34、进一步改进在于：在低气压弓网电弧作用牵引传动系统模型参数相同的情况下，于101.3kpa、70.6kpa、50.5kpa气压等级，分别对弓网离线时间为400ms工况下的的车载变压器高压侧电压进行快速fourier变换分析。
35、本专利技术的有益效果为：本专利技术基于经典schwarz电弧模型，结合高原低气压地区列车运行时特殊的自然环境本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种低气压弓网电弧作用牵引传动系统模型的建立方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种低气压弓网电弧作用牵引传动系统模型的建立方法，其特征在于：所述步骤一中，所述经典Schwarz电弧模型的公式为：
3.根据权利要求1所述的一种低气压弓网电弧作用牵引传动系统模型的建立方法，其特征在于：所述步骤一中，对电弧耗散功率进行校正的具体步骤为：先对不同地区大气压力资料进行分析，得到海拔高度H与气压P之间的关系公式如下：
4.根据权利要求1所述的一种低气压弓网电弧作用牵引传动系统模型的建立方法，其特征在于：所述步骤二中，改进型Schwarz低气压电弧电气特性模型公式为：
5.根据权利要求1所述的一种低气压弓网电弧作用牵引传动系统模型的建立方法，其特征在于：所述步骤三中，参考的实际列车动车组为CRH2型动车组，CRH2型动车组采用ATM9型变压器，CRH2型动车组的整流器采用单相三电平PWM脉冲整流器，CRH2型动车组的逆变器采用三电平逆变器，整流器、支撑电容和逆变器整体封装成牵引变流器。
6.根据权利要求1所
7.根据权利要求6所述的一种低气压弓网电弧作用牵引传动系统模型的建立方法，其特征在于：根据确定的两种典型工况，分别设置弓网短时间离线时间100ms、弓网长时间离线400ms，根据电机的启动时间，设置弓网离线时刻t＝0.5s，离线恢复时刻分别为t＝0.6s、t＝0.9s，设置P0＝101.3kPa、P＝70.6kPa、P＝50.5kPa三种气压环境，仿真得到三种气压等级下弓网电弧对车载变压器高压侧电压及整流器输出电压随时间变化的波形的影响。
8.根据权利要求7所述的一种低气压弓网电弧作用牵引传动系统模型的建立方法，其特征在于：在低气压弓网电弧作用牵引传动系统模型参数相同的情况下，于101.3kPa、70.6kPa、50.5kPa气压等级，分别对弓网离线时间为400ms工况下的的车载变压器高压侧电压进行快速Fourier变换分析。
...【技术特征摘要】
1.一种低气压弓网电弧作用牵引传动系统模型的建立方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种低气压弓网电弧作用牵引传动系统模型的建立方法，其特征在于：所述步骤一中，所述经典schwarz电弧模型的公式为：
3.根据权利要求1所述的一种低气压弓网电弧作用牵引传动系统模型的建立方法，其特征在于：所述步骤一中，对电弧耗散功率进行校正的具体步骤为：先对不同地区大气压力资料进行分析，得到海拔高度h与气压p之间的关系公式如下：
4.根据权利要求1所述的一种低气压弓网电弧作用牵引传动系统模型的建立方法，其特征在于：所述步骤二中，改进型schwarz低气压电弧电气特性模型公式为：
5.根据权利要求1所述的一种低气压弓网电弧作用牵引传动系统模型的建立方法，其特征在于：所述步骤三中，参考的实际列车动车组为crh2型动车组，crh2型动车组采用atm9型变压器，crh2型动车组的整流器采用单相三电平pwm脉冲整流器，crh2型动车组的逆变器采用三电平逆变器，整流器、支撑电容和逆变器整体封装成牵引变流器。
6.根据权利要求1所述的一种低气压弓网电弧作用牵引传动系统模型...
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