碳纤维复合材料车体的磁悬浮列车电磁兼容问题研究

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随着轨道交通领域的快速发展,列车的车辆安全性能、舒适性、环保性、运行速度、结构轻量化要求越来越高,这使得传统金属材料车体的缺点越发明显。碳纤维复合材料密度小、比强度和比模量大、热导率低且具有良好的耐腐蚀性、减振性以及抗冲击性,逐渐成为轨道交通车体材料的新选择。同时,磁悬浮列车是依靠电磁力实现悬浮的,相比于其他轨道交通车辆,磁悬浮列车的车体内部电磁环境更为复杂。而碳纤维复合材料导磁率和导电率都不高,与传统金属材料车体相比,其电磁屏蔽作用大大减弱,容易导致磁悬浮列车车内磁感应强度超过标准,从而影响列车运行的安全性以及乘客和司机的舒适性。因此,需要对碳纤维复合材料车体的磁悬浮列车的电磁兼容问题进行研究。本文首先对磁悬浮列车的电磁干扰源进行分析。由于磁悬浮列车的电磁干扰主要来自于直线电机产生的低频交流磁场以及悬浮系统产生的直流稳态磁场,因此对直线电机和悬浮系统产生的磁场进行了理论分析,给出直线电机、单个电磁铁、悬浮模块的三维结构相关参数,并在ANSYS Maxwell仿真软件中搭建了三维模型,观察直线电机横向边端效应以及悬浮系统气隙磁场的分布,最后得到了直线电机和悬浮系统对列车电磁干扰的分布规律。然后对磁悬浮列车上的敏感设备进行分析。磁悬浮列车上的敏感设备主要包括信号通信系统、制动系统、乘客信息系统以及乘客和司机,对各个设备的组成及传输信号种类、流向进行分析,结合《轨道交通电磁兼容》(GB/T24338)标准,说明各个设备的抗干扰度标准;同时对公众暴露电磁环境控制限值相关标准进行对比分析。结合电磁干扰源电磁场特性对电磁标准进行总结,最后选择2010年国际非电离辐射防护委员会发布的标准作为本文分析的电磁标准。最后,给出列车、轨道等三维结构参数,在ANSYS Maxwell仿真软件中搭建磁悬浮列车整车的三维仿真模型,分别设置车体材料为碳钢、不锈钢、铝合金以及碳纤维复合材料,对车内的电磁环境进行分析。根据碳纤维复合材料车体内部磁感应强度分布,从屏蔽材料、形状以及厚度三方面对列车进行电磁兼容设计,并在ANSYS Maxwell仿真软件的整车模型中添加屏蔽装置,仿真验证了经过电磁兼容设计后列车内电磁环境符合标准。
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