关键词：弓网系统；电磁兼容；电磁仿真
1 引言
列车运行过程中，列车通过接触网取电给车中设备提供电能，具体是通过接触网与受电弓的碳滑板接触完成电能的输送，这一系统为弓网系统。列车能否正常运行取决于弓网系统获取电能的质量决定，重点是接触网与受电弓之间的结合是否紧密，接触的优劣，不仅影响电能输送的质量，还因接触不紧密产生的电弧对外界环境产生噪声和电磁干扰。电弧产生的热量很大，可能会烧毁弓网系统中的接触网和受电弓，从而影响接触网和受电弓的使用寿命。通电的接触网和列车运行产生的电弧会伴随电磁波产生，电磁波会干扰车内的正常通信甚至会产生严重的列车运行事故，影响乘客人身安全和列车系统的正常运营。因此，研究列车弓网系统电磁兼容具有重要意义。
2 国内外研究现状
从1960年开始许多的国家开始意识到电弧对轨道交通的影响，开始重视电弧现象，很多轨道交通方面发展先进的国家如德、日、法曾经采用过机械方法应对电弧现象[1]。杨飞等推导出真空电弧的三维磁流体动力学模型用的是离子与电子双流体模型和MAXWELL方程[2]。文献[3]描述了真空电弧的一些理论特性，相关研究的发展，与气体放电的区别，并指出了真空电弧在发生时的等离子参数变化。国内外针对弓网轨道列车在运行过程中离线电弧的研究，大部分是针对于受电弓离线检测装置以及优化弓网系统方面的研究[4]。专门针对电弧本身的研究很少。仅有的对于电弧电磁干扰的研究也是集中于对电磁场的频谱分析和研究相应频域的电磁场强度，是主要基于实测为主的定性分析和研究[5]。仅有的对于电弧电磁干扰的研究也是集中于对电磁场的频谱分析和研究相应频域的电磁场强度，是主要基于实测为主的定性分析和研究[6]。
3 仿真理论基础
4 建模仿真
弓网系统包括接触网和受电弓等，本文通过Solidworks建立弓网系统三维模型，仿真软件采用ANSYS MAXWELL，添加正常工况最大电流作为激励，选用静磁场求解器，最后得出结果进行分析。
4.1 受电弓模型搭建
本文受电弓选用单臂式受电弓，结构主要包括碳滑板、上臂杆、下臂杆、底架等，按照实际尺寸在SolidWorks中进行1:1建立模型，建立的三维模型如图1所示。
图1 弓网系统三维模型
4.2 仿真与分析
（1）激励选择
列车在运行过程中，由于列车碳滑板与接触网之间发生震动，使得二者之间产生起弧、燃弧、灭弧等多种复杂工况，本文选用其中一种静态情况进行模拟仿真，此时都通过的电压电流最大，对外界电磁辐射影响最大。其中接触网通过的是DC 1500V，碳滑板和空气柱的激励选用正常工作下的最大电流。
（2）仿真
三维软件SolidWorks中建立的模型，存为STEP或IGS等文件，导入ANSYS MAXWELL中，在仿真软件中进行相关参数设定：
1）选用ANSYS MAXWELL 3D模块；
2）剖分选择自适应；
3）计算求解器选用静磁场求解器。
分别仿真弓网系统对外界环境干扰辐射的磁场和磁感应场，两种仿真效果图分别如图2和图3所示。
图2 弓网系统产生的磁感应强度
最大磁感应强度大小为：B=2.0164e-001T。
图3 弓网系统产生的磁场强度
最大磁场强度大小为：H=3.0762e+005A/m
（3）结果分析
最后，仿真弓网系统对车顶位置和列车客室内部的辐射情况，研究产生的电磁干扰是否超标。在受电弓下方选用两个点，受电弓升弓的最大高度为3143mm,降弓最低高度为543mm，客室地板面沿车辆中心线到天花板的高度为2100mm,两个点Point1和Point2的位置分别对应车顶位置和客室内乘客的位置。两个参考点位置选取情况如图4所示。
图4 参考的位置图
通过仿真得出：
Point1磁感应强度大小为：B=3.8656e-003 T
Point2磁感应强度大小为：B=5.3427e-004 T
通过数据可知受电弓在客室内的电磁场辐射比在车顶处电磁辐射数值小很多，可以看出随着外界环境与弓网系统的增大，电磁场衰减明显。
5 结论
通过仿真结果可以看出，在弓网系统附近，弓网系统产生的电磁干扰尤为明显，随着距离的变远，磁感应场大小逐步减弱。根据欧标EN45502-2-1可知,安有心脏起博器的乘客能承受的最大磁感应值为：直流工况下最大限值为1mT，交流工况下最大限值为0.1mT。通过仿真模拟可以看出，在客室乘客区弓网系统产生的电磁辐射已经衰减至安全值。
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