弓网系统静态接触电阻特性研究_王万岗

第 48 卷 第 1 期
3 分析与讨论
图 5 为电接触导电示意图， 电接触导电主要靠
R2=R4，C1=C3，C2=C4， 该测试方法可有效地提高分压 器的带宽， 且具有较好的抗共模干扰能力。 其具体
测试方法为： 将采集到的接触电压信号送入隔离放
大器，隔离放大器将输出信号送入数据采集卡中，下
位机将采集的数据送入上位机， 以实现接触电压信
号的采集。 电流信号通过 2.5 mΩ 精密电阻进行取
2.2 接触功耗 图 4 为接触功耗与接触压力、牵引电流的关系。
从图 4 中可以看出，在牵引电流相同的情况下，弓网 上消耗的功率随着接触压力的增加而单调递减，接 触压力较小时， 弓网消耗的功率随接触压力的变化 较大，当压力大于一定值(70~80 N)后，其变化较小， 且逐渐趋于稳定；同时，接触压力一定时，牵引电流 较越小，弓网消耗的功率也越小，其主要原因在于消 耗的功率与电流呈二次方关系即： P=I2RC， 其功率 随着 I2 的增大而增大。
E/mm
型号
AC
BC
电阻率 20℃ 拉断力>/
≤/(Ω·km-1)
kN
RIM120 13.2
12.85
0.239
57
表 2 滑板的组份含量
Tab. 2 The composition content of pantograph slider
C
Pb
Sn
Si
Ni
Cu
59% 6.97% 2.87% 0.697% 0.533% 29.93%
0 引言
网振动、受电弓弓头振动、轨道的不平顺等因素的影 响也随之加剧， 使得受电弓与接触网接触状态严重
电气化铁路的牵引供电系统中， 接触网是电气 化铁道的主要供电设备， 电力机车通过接触网取得 电能。 弓网关系对整个电气化铁路系统的正常运营 起着非常重要的作用 ， [1-3] 保证受电弓与 接触网导线 的良好接触是弓网关系中亟需解决的关键问题。 随
表 3 滑板物理参数
Tab. 3 The physical parameters of pantograph slider
体积密度/ 开口气 抗压强度/ 抗折强度/ 电阻率/
(g·cm-3) 孔率/%
MPa
MPa
(μΩ·m-1)
2.85
0.4
359
110
7
2 试验结果
利用弓网电接触试验系统研究了不同接触压力、
·32·
2012 年 1 月
牵引电流的情况下的弓网静态、动态滑动接触电阻。 2.1 接触电阻试验
图3 为静态接触电阻与接触压力和牵引电流的关 系曲线。从图 3 中可以看出：接触压力与接触电阻呈单 调递减关系，接触压力小于 70~80 N 时，接触电阻随接 触压力增加迅速减少， 而接触压力超过 70~80 N 时， 随着接触压力的增加，接触电阻减少趋于平坦。 此外， 静态接触电阻还将随牵引电流增大而减小。
轻者使接触导线使用寿命缩短，重者烧断接触导线， 造 成 重 大 事 故[6]。 弓 网 电 接 触 状 态 的 恶 化 ，引 起 电
收稿日期：2011- 09 - 13； 修回日期：2011 - 10 - 17 基 金 项 目 ：教 育 部 新 世 纪 优 秀 人 才 基 金(NCET-07-0718)；教 育 部 博 士 点 新 教 师 基 金 项 目(200806131015)；国 家 973 计 划 资 助 项 目 （2011CB11100 ）。 Project Supported by New Century Excellent Talents in University(NCET-07-0718)，the Specialized Research Fund for the Doctoral Program of Higher Education(200806131015)，National Key Basic Research and Develepment Plans（2011CB11100）.
文章编号：1001 - 1609（2012）01 - 0030 - 05
Characteristics of Static Contact Resistance Between Pantograph and Catenary
WANG Wan-gang1,2， LIANG Ming-liang3， WU Guang-ning1， GAO Guo-qiang1， WANG Bo1， YANG Ming-ming1， LIU Dong-lai1， LI Da-jian1， LI Tian-zhi1
恶化，具体表现为：一方面，受电弓滑板、接触网导线 磨耗增大，寿命显著缩短；另一方面弓网离线(受电弓 与接触网导线之间由接触状态到分离状态) 更加频 繁，导致弓网电弧频频发生，弓网电弧不仅使车载电 器承受高频振荡过电压外，还会烧蚀接触网导线 ， [4-5]
着列车运行速度的提高，接触网导线的不平顺、接触
果表明：弓网静态时接触电阻随接触压力、牵引电流增大而减小，接触压力小于 70~80 N，接触电阻所接触压
力的增加，接触电阻激剧减少；大于 70~80 N 后，接触电阻随接触压力的变化不明显，近似恒定关系。
关键词： 弓网系统； 电接触； 接触电阻； 接触压力
中图分类号： TM922.3；U225.3
文献标志码： A
P /W
80
70
60
60 A
50
50 A
40
40 A
30
30 A 20
20 A
10 12 A
0 20 40 60 80 100 120 140
F /N
图 4 接触功耗与接触压力、牵引电流关系
Fig. 4 The relationship for contact power
and contact pressure, traction current
R /mΩ
40
12 A
36
20 A
32
30 A
28
40 A
24
20
50 A 16
60 A
20 40 60 80 100 120 140 F /N
图 3 接触电阻与接触压力、牵引电流关系
Fig. 3 The relationship for contact resistance
and contact pressure, traction current
1 弓网电接触试验系统
1.1 弓网电接触试验系统 根据弓网电接触特性， 研制了一套弓网电接触
试验系统， 该系统由电接触模拟装置、 测试系统构 成，见图 1。 图 1 中箭头的方向分别表示接触网导线 和受电弓滑板的运动方向。 变频电机驱动圆盘 W 转 动，圆盘带动接触网导线运动；受电弓滑板既有垂直 于纸面的横向 Z 字形运动又有上下的纵向振动，其 运动驱动采用伺服电机驱动， 通过控制获取导线运 动速度得到 Z 字形运动速度。 纵向振动速度由计算 机预设，以模拟不同的振动状态。 电气回路是：电流 从电源流出，经接触网导线、弓网接触电阻、受电弓 滑板、阻性感性一体化负载，最后回到电源。 通过调 整感性阻性一体化负载的电感、 电阻值来模拟不同 车型的负载特性。
研究与分析
ห้องสมุดไป่ตู้
王万岗， 梁明亮， 吴广宁，等. 弓网系统静态接触电阻特性研究
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压、电流波形畸变，降低列车受流质量，严重威胁行 车安全。 传统的研究主要从机械角度来研究如何减 少离线率来保障弓网的稳定受流， 取得了丰硕的成 果[7-12]，很少从电气的角度来研究弓网受流问题。 笔者 利用自行研制的弓网电接触试验系统， 通过测试弓 网的静态接触电阻、 滑动接触电阻及弓网不同载流 功耗来研究弓网受流问题， 为今后研制自适应受电 弓，综合利用机械、电气技术保障弓网受流质量打下 坚实的理论和实践基础。
Abstract: Perfect contact and contact force of pantograph and catenary ensures locomotive to receive stable current. This paper investigates the static contact resistance between pantograph and catenary under different contact pressure and traction current, and obtains a formula of the contact resistance. The results show that the static contact resistance between pantograph and catenary decreases with the increase in contact pressure and traction current, and the contact resistance decreases rapidly when contact force is below 70~80 N; while when contact force exceeds 70~80 N, the contact resistance decreases slowly with increasing contact force. Key words: pantograph and catenary system； electric contact； contact resistance； contact force
S
W
R CW
L
P
C
A
V
D
IPC
S— 单 相 电 源 ；R、L— 模 拟 机 车 负 载 电 阻 、电 感 ；W— 转 盘 ；
CW— 接 触 网 导 线 ；V— 电 压 传 感 器 ；A— 电 流 传 感 器 ； P— 受 电 弓 滑 板 ；C— 高 速 摄 像 机 ；IPC— 工 控 机 。 图 1 弓网电接触试验装置
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第 48 卷 第 1 期 2021021年2 年1 月1 月
High Voltage Apparatus
Vol.48 No.1 第 48Ja卷n. 2第0121 期
弓网系统静态接触电阻特性研究
王万岗 1,2， 梁明亮 3， 吴广宁 1， 高国强 1， 王 波 1， 杨明明 1， 刘东来 1， 李大建 1， 李天鸷 1
（1. 西南交通大学电气工程学院， 成都 610031； 2. 成都纺织高等专科学校， 成都 611731； 3. 郑州铁路职业技术学院电子工程系， 郑州 450052）
摘要： 弓网良好接触是保障机车稳定受流的关键，合适的弓网接触压力是弓网稳定可靠受流的基础。 笔者
研究了不同接触压力、牵引电流条件下的弓网静态接触电阻，并得到了弓网接触电阻的数学表达式。 研究结
Fig. 1 The test apparatus for pantograph-catenary’s electrical contact
1.2 测试系统 弓网接触电阻测试系统见图 2， 主要包含电弧
电压、 电流测试， 各路信号由同步时钟进行同步采 集。其中电弧电压由宽频带阻容桥式差分电路采集， 宽频带阻容 桥式差分电 路中 ，R1/R2=C2/C1 且 R1=R3，
（1. Southwest Jiaotong University， Chengdu 610031， China； 2. Chengdu Textile College， Chendu 611731， China； 3. Zhengzhou Railway Vocational & Technical College， Zhengzhou 450052， China）
样， 送入隔离放大器， 通过数据采集卡对其进行采
集，下位机将采集的信号送入上位机。通过上位机控
制软 件 处 理 ，根 据 式(1)获 得 接 触 损 耗 功 率 、接 触 电
阻、电弧电阻等信息。
RC=
UC I
(1)
PC=UCI
式(1)中：UC 为接触电压；I 为电流。
S R
I
A
隔离放大器
L
R3
R1 C1 C3
UC
R2
C2
C4 隔离放大器
R4
图 2 测试系统 Fig. 2 The test system
1.3 试验条件 该试验采用的接触网导线为铜镁合金接触网导
线，受电弓滑板为浸金属碳滑板，其参数见表 1-3。
表 1 接触网导线基本参数
Tab. 1 The catenary’s wire basic parameters