matlab 铁路振动,matlab 学术交流 有没有懂的

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模型搭建与仿真

图2京沪线牵引供电与受电系统仿真模型

根据京沪线牵引供电与受电系统的实际情况，利用Matlab/Simulink搭建系统的仿真模型，如图5-2所示，模型共分牵引供电网模型和弓网关系模型两大块。其中包括牵引变电所模型、牵引供电网阻抗模型、牵引网接触线压计算模型、弓网动力学模型、弓网阻抗模型和弓网网压模型等。

图5-3京沪线牵引牵引变电所二次侧网压模型图

牵引变压器是牵引变电所的核心元件，是整个牵引供电系统中保证电压转换的重要元件，对其建模的准确性直接影响对牵引网电压及轨道电位的准确性。

图5-4京沪线牵引网单位阻抗模型图

计算牵引网单位阻抗是计算牵引网回路阻抗和回路电压损失的基础和重要部分。

图5-5京沪线牵引网回路阻杭模型图

如图5-5所示，将列车所在区段的位置和供电臂长度作为输入量，可求出高速列车所在牵引网区段回路的长度，再与上图模型计算出牵引网回路阻抗值相乘即求出了牵引网回路阻抗。

图5-6京沪线牵引网接触线压计算模型图

牵引网接触线压计算模型如图5-6所示，先将牵引网回路阻抗分解为电阻部分和电抗部分，分别计算其电压损失，再用牵引变电所二次侧电压减去牵引网电压损失和即为牵引网与受电弓的接触点电压(即接触线压)。

图5-7京沪线弓网接触压力计算模型图

如图5-7所示的模型中，将非线性等效刚度线性化，作为一个输入代入弓网动力学模型中进行计算。同时因为列车在运行过程中，除了纵向的振动，受电弓滑板在接触线上还会有一个横向的位移，所以通过对列车加速度和弓头质量的计算得出弓网间横向力，再与弓网间接触压力进行矢量相加，最后得出弓网间动态作用力。

图5-8京沪线弓网阻抗计算模型图

如图5-8所示的模型中，将弓网接触压力作为输入量，结合高速列车受到的外部激扰计算出弓网间的接触斑点数、尺寸和分布，再由弓网静态接触及分离电阻模型为基础建立的以弓网振动激扰、行车速度和弓网接触斑点为输入变量得出弓网动力阻抗。

图5-9京沪线受电弓上网压计算模型图

如图5-9模型所示，先将弓网动力阻抗分解为电阻和电抗，分别求出其电压损失，由图5-6中求出的接触线压与电压损失之差即为最终的受电弓上获得的电压瞬时值，经过变换也可求出电压有效值，观察期波动情况。

系统仿真验证及结果分析

5.3.1同速度不同位置时的结果分析

按照上述两节搭建的仿真模型和选用的技术参数，假定高速列车由北京南站向上海虹桥站方向行驶，设定运行速度为250km/h，本线路牵引网网压宏观波形图如图5-10所示。

图5-10牵引网网压波形图

一般情况下同一供电臂上的牵引网单位阻抗值变化不大，本文根据仿真结果分别列出了几组在DN供电臂、AT二导体供电臂以及AT三导体供电臂上的牵引网单位阻抗值，图表5-3, 5-4和5-5所示。

接触网 钢轨 回流线

0.1599+j0.5858 0.0489+j0.3178 0.0486+j0.3542

0.0489+j0.3178 0.1388+j0.7235 0.0489+j0.2970

0.0486+j0.3542 0.0489+j0.3113 0.0486+j0.3542

0.0489+j0.3011 0.0489+j0.3011 0.0489+j0.2846

0.0486+j0.3292 0.0493+j0.3292 0.0490+j0.2973

0.0486+j0.2970 0.0489+j0.2846 0.0486+j0.2758

0.0489+j0.3065 0.0493+j0.3696 0.0489+j0.3126

0.0489+j0.2850 0.0493+j0.3024 0.0490+j0.2707

表3 京沪线DN牵引网单位阻抗值

接触网 钢轨 回流线

0.1598+j0.5858 0.0489+j0.3178 0.0485+j0.3524

0.0489+j0.3178 0.1388+j0.7235 0.0489+j0.2988

0.0486+j0.3324 0.0489+j0.3113 0.1221+j0.6435

0.0489+j0.3011 0.0489+j0.3001 0.0485+j0.4002

0.0486+j0.3872 0.0492+j0.3292 0.0489+j0.2773

0.0485+j0.2970 0.0488+j0.2854 0.0485+j0.2687

0.0489+j0.3064 0.0493+j0.3696 0.0489+j0.3026

0.0487+j0.2861 0.0495+j0.3021 0.0489+j0.2632

0.0489+j0.3004 0.0493+j0.3693 0.0489+j0.1226

0.0489+j0.2864 0.0489+j0.3221 0.0486+j0.2622

表4 京沪线AT两导体牵引网单位阻抗值

接触网 钢轨 回流线

0.1075+j0.4956 0.0488+j0.3178 0.0486+j0.3578

0.0488+j0.3066 0.1388+j0.7235 0.0489+j0.2988

0.0486+j0.3587 0.0489+j0.2988 0.1221+j0.6435

0.0485+j0.3001 0.0489+j0.3013 0.0485+j0.4002

0.0485+j0.3292 0.0493+j0.2881 0.0490+j0.2626

0.0486+j0.2970 0.0489+j0.2846 0.0486+j0.2758

0.0489+j0.3015 0.0493+j0.3696 0.0489+j0.3126

0.0489+j0.2745 0.0493+j0.3027 0.0490+j0.2632

0.0487+j0.3461 0.0489+j0.2696 0.0489+j0.3406

0.0489+j0.2651 0.0491+j0.3117 0.0491+j0.3432

表5 京沪线AT三导体牵引网单位阻抗值

由上述仿真结果表明:

(1)列车距牵引变电所越远，牵引网回路阻抗越大，回路损耗电压也随之增大。

(2) DN供电结构、AT二导体结构和AT三导体结构下的牵引网阻抗值有很大的不同，其中AT三导体结构下的阻抗值最小，AT二导体结构次之，DN供电结构的阻抗值最大。原因在于受AZ，自藕变压器能减小牵引网阻抗，加强线的分流相当于并联的导线也有减小阻抗的作用。

(3)同材质同供电结构不同位置的牵引网单位阻抗值变化不大，能视为不变。

5.3.2同位置不同速度时的结果分析

对选定同样的技术参数，将机车振动和外部干扰设置为白噪声，设高速列车分别以150km/h, 220kmlh和300km/h速度，从北京南站向上海虹桥站方向行驶，受电弓与接触网之间的动态接触压力波动分别如图5-11一5-13所示。

图5-11京沪高铁15Okm/h弓网接触压力波形图

当高速列车行车速度为150km/h时，弓网间接触压力中间值在70~90N左右波动，最大值在140N左右，其波动范围比较集中，波动频率较小。

图5-12京沪高铁220krn/h 弓网接触压力波形图

当高速列车行车速度为220km/h时，弓网间接触压力中间值在80~1 00N左右波动，最大值在160N左右，其波动范围和波动频率较150km/h都有所增加。

图5-13京沪高铁300km/1:弓网接触压力波形图

当高速列车行车速度为3 00km/h时，弓网间接触压力中间值在90~120N左右波动，最大值在180N左右，其波动范围和波动频率最大。

由上述仿真结果表明:

(1) 弓网系统是外界多频祸合振动激扰集中体现的载体;匀速过跨中时，弓网需要较大的接触力，弓网振动大致上呈现正弦波动。

(2) 行车速度越快，弓网间平均接触压力越大;过大的接触压力会对弓网系统带来难以承受的机械磨耗，甚至导致定位点的异常抬升而影响到弓网系统运行的可靠性，在工程中应尽量避免。

(3) 行车速度增加时，会导致弓网间接触压力波动范围变大，振动频率加快，对高速铁路牵引供电与受电系统的电气性能产生巨大的影响;因此如何减小弓网接触压力波动，提高最小接触压力和增大最大接触压力是下一步需要研究的问题。