单摆式弓网电弧模拟试验装置的制作方法

1.本实用新型涉及电弧模拟试验装置技术领域，尤其涉及一种单摆式弓网电弧模拟试验装置。


背景技术：

2.随着铁路系统牵引功率的增大，以及列车自动化程度的不断提高，车载电力、电子器件的复杂程度和规模数量达到了前所未有的水平，车内外电磁环境日益复杂，电磁干扰(emi)和电磁兼容性(emc)问题日益严重。受电弓-接触网系统的良好接触，能够为列车提供稳定的牵引功率。然而，实际列车运行中，由于车体振动、接触线不平顺、碳滑板硬点等多种因素会引起弓网离线电弧的产生，电弧热效应和腐蚀作用会对弓网材料造成磨损，同时更会对车载设备产生不可忽视的瞬态电磁干扰，尤其会影响牵引供电系统、列控系统、列车通信系统等的正常工作，为列车行车安全带来隐患。因此，弓网电弧引起的电磁干扰问题亟需研究，特别是弓网放电电磁干扰的成因机理研究尤为重要。为在可控条件下进行弓网放电试验，需要在实验室中搭建弓网电弧模拟试验装置，而当前关于弓网离线电弧的模拟试验装置主要集中在载流磨损、电弧烧蚀作用等方面，对于弓网放电所带来的电磁干扰问题仍需深入考虑，探索在实验室中模拟弓网电弧电磁干扰的方法是弓网电弧电磁干扰研究的主要方向之一。
3.已有的弓网电弧模拟试验装置利用电机带动圆盘高速转动产生弓网之间的滑动接触，但是为调整弓网放电间隙、弓网相对速度等参数，引入了电机、变频器、升降台等新干扰源，严重影响了弓网放电电磁干扰特性测试数据的准确性，所得结果不能很好地为弓网电弧电磁干扰提供数据支撑与试验依据。


技术实现要素：

4.本实用新型所要解决的技术问题是如何提供一种在不引入新干扰源的前提下，反映不同影响因素对弓网放电电磁干扰影响的单摆式弓网电弧模拟试验装置。
5.为解决上述技术问题，本实用新型所采取的技术方案是：一种单摆式弓网电弧模拟试验装置，其特征在于：包括接触网导线，所述接触网导线位于可升降支架上，所述接触网导线的一端与高压电源模块连接，所述高压电源模块用于为所述接触网导线提供电压等级可调的高电压，所述接触网导线的上侧设置有受电弓碳滑板截块，所述受电弓碳滑板截块通过绝缘摆杆与单摆绝缘支架横梁上的套杆轴承连接，所述受电弓碳滑板截块能够围绕所述套杆轴承摆动，所述受电弓碳滑板截块通过导线与负载阻抗连接后接地，当碳滑板截块摆下逐渐接近接触网导线时，随着弓网间隙逐渐变小，场强逐渐变大，直至击穿空气，形成空气放电；所述接触网导线的两端各设置有一个光电开关，所述光电开关用于记录受电弓碳滑板截块通过接触网导线的时间，用以计算弓网相对速度。
6.进一步的技术方案在于：所述光电开关包括发射部和接收部，其中的一个光电开关触发计时，另一个停止计时，两者的时间差即为受电弓碳滑板截块划过两光电开关间隔
距离的时间差。
7.进一步的技术方案在于：所述装置还包括主机模块和人机交互模块，所述光电开关与所述主机模块的信号输入端连接，所述人机交互模块与所述主机模块双向连接，用于输入控制命令并显示输出的数据，光电开关感应的信号传输给所述主机模块处理后通过所述人机交互模块进行显示。
8.采用上述技术方案所产生的有益效果在于：本技术所述装置利用单摆势能转化动能的原理，在不引入电机和升降台等新干扰源的前提下，能够产生弓网之间的相对速度，模拟产生实际铁路实际工况较为一致的弓网离线电弧，且能够调节相对速度、电压等级、离线距离等条件参数，反映不同影响因素对弓网放电电磁干扰的影响，为研究弓网电弧电磁干扰的成因机理与影响因素提供硬件条件。
附图说明
9.下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。
10.图1是本实用新型所述装置的结构示意图；
11.图2是本实用新型所述装置中光电开关及单摆部分的细节结构示意图；
12.其中：1、接触网导线；2、受电弓碳滑板截块；3、高压电源模块；4、负载阻抗；5、绝缘摆杆；6、套杆轴承；7、单摆绝缘支架；8、发射部；9、接收部。
具体实施方式
13.下面结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
14.在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本实用新型，但是本实用新型还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本实用新型内涵的情况下做类似推广，因此本实用新型不受下面公开的具体实施例的限制。
15.如图1所示，本实用新型公开了一种单摆式弓网电弧模拟试验装置，包括接触网导线1，所述接触网导线可以使用目前高速铁路实际在用的型号为cta120的接触网导线，其材料为铜银合金，长度为1m；所述接触网导线1位于可升降支架上（图1中未显示），所述接触网导线1的一端与高压电源模块3连接，所述高压电源模块3用于为所述接触网导线1提供电压等级可调的高电压，所述接触网导线支架由绝缘材料制成，高度可在50cm至70cm之间调整；所述高压电源模块为直流高压源为接触网导线提供高电压，最大输出电压为50kv，高电压连续可调。
16.所述接触网导线1的上侧设置有受电弓碳滑板截块2，所述受电弓碳滑板截块2通过绝缘摆杆5与单摆绝缘支架7横梁上的套杆轴承6连接，所述受电弓碳滑板截块2能够围绕所述套杆轴承6摆动，所述受电弓碳滑板截块2通过导线与负载阻抗4连接后接地，当受电弓碳滑板截块2摆下逐渐接近接触网导线1时，随着弓网间隙逐渐变小，场强逐渐变大，直至击穿空气，形成空气放电；所述受电弓碳滑板截块为30%浸铜碳材料，截取长度为40cm，优选的，所述绝缘摆杆为聚氯乙烯杆，长度为1.4m，碳滑板的接地线从绝缘摆杆上搭接引出。所
述接触网导线1的两端各设置有一个光电开关（光电开关部分未在图1中表示出来），所述光电开关用于记录受电弓碳滑板截块2通过接触网导线1的时间，用以计算弓网相对速度。
17.进一步的，如图2所示，所述光电开关可以包括发射部8和接收部9，其中的一个光电开关触发计时，另一个停止计时，两者的时间差即为受电弓碳滑板截块2划过两光电开关间隔距离的时间差，需要说明的是，所述光电开关的具体形式还可以为其它类型，本领域技术人员能够根据实际情况进行适当的选择。（此外需要说明的是，图2中为了清楚的表示出发射部8和接收部9，将发射部8和接收部9错开了一部分，实际安装时需要保证前后在一条直线上）。
18.此外，所述装置还包括主机模块和人机交互模块，所述光电开关与所述主机模块的信号输入端连接，所述人机交互模块与所述主机模块双向连接，用于输入控制命令并显示输出的数据，光电开关感应的信号传输给所述主机模块处理后通过所述人机交互模块进行显示。需要说明的是，所述人机交互模块的具体形式至少有两种，第一种为触摸屏，第二种包括与主机模块的信号输入端连接的按键模块以及与所述主机模块的信号输出端连接的显示模块。
19.所述接触网导线1、受电弓碳滑板截块2、高压电源模块3和负载阻抗4在弓网放电出现时形成电气通路。所述接触网导线1通过绝缘的支撑架固定，调节支架高度（即接触线高度）为，若记受电弓碳滑板截块2距离地面，则弓网放电间隙可计算为，可通过调整支架高度可以调整弓网放电间隙长度。所述受电弓碳滑板截块2在高处被释放，在重力作用下下降做单摆运动，在单摆最低点与接触网导线1形成非接触相切，产生空气击穿放电。
20.图2是本实用新型的局部细节结构示意图，光电开关包括：第一光电开关和第二光电开关，所述第一光电开关和第二光电开关又都包括发射部8和接收部9，发射部8将光束从发射器发射到接收部9接收，当受电弓碳滑板截块2摆下进入测速区，将会触发光电开关计时。两个光电开关摆放相距cm，当受电弓碳滑板截块2滑过单摆最低点离开测速区，将会停止计时，进入和离开测速区的时间差显示在计时屏幕上，用来计算弓网相对速度。单摆以15
°
、30
°
、45
°
、60
°
、90
°
和135
°
的摆角摆下时，能够模拟不同的弓网相对速度如表1所示。
21.表1 不同摆角对应的弓网相对速度
22.摆角时间差(s)弓网相对速度(m/s)15
°
0.330.7930
°
0.181.4745
°
0.122.1560
°
0.12.6290
°
0.073.64135
°
0.064.52
23.本实用新型的工作原理是：利用单摆势能转化动能的原理，产生弓网之间的相对速度，在不引入电机、变频器、升降台等干扰源的前提下，能够模拟实现不同弓网相对速度、弓网间隙距离、电压等级条件下的弓网离线电弧，为研究弓网电弧电磁干扰问题提供硬件条件。