城轨车辆防磁板屏蔽效果研究及仿真软件开发

论文摘要

随着现代社会的发展越来越快，经济发展速度变快，城市化的进程也越来越快，城市的交通压力也越来越大，尤其是大中型城市，这个时候，采用城市轨道交通车辆作为城市公共交通工具是比较有效的解决方法。中国正在形成以地下铁道为骨干、多种类型并存的城市轨道交通体系。城轨车辆是集高压、变频、网络通信、计算机控制于一体的系统设备，城轨车辆电抗器产生的磁场会对人体造成一定的伤害，为保护乘客的身心健康，向乘客提供优质服务，需要在车辆的底部安装防磁板来减少磁场影响，使得磁场强度被控制在安全范围内。本论文中介绍了城轨车辆电抗器的电磁模型，得出在这种低频磁场中，一般是选择高磁导率性质的材料做成屏蔽体，将电抗器产生的会影响人体的磁场可以控制在屏蔽体内。本论文中根据电磁场的基本原理，进行推导，得出城轨车辆防磁板屏蔽前后的磁通密度公式和防磁板屏蔽后磁通密度随高度变化的计算公式，通过使用虚拟仪器设计软件LabWindows/CVI，很好地设计出一套城轨车辆滤波电抗器防磁板屏蔽计算仿真软件，根据实际测试的结果，对计算模型、算法、参数选择不断进行调整完善，最终提交的计算算法和仿真软件满足城轨车辆防磁板设计的要求，此系统操作简单，性能稳定可靠，既可以对多种城轨电车的数据进行仿真，可以进行多种数据之间的互相计算，而且仿真软件中也设置了数据存储等功能，方便用户使用。本论文中对有限元理论和在电磁场方面的应用做了相关的介绍，利用有限元分析软件ANSYS做出城轨车辆电抗器的理论模型，显示出防磁板内部的磁场强度分布情况，使得问题更加清晰化、直观。同时，将利用ANSYS建立的模型与利用LabWindows/CVI做出的仿真软件进行对比。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.1.1 城市轨道交通概述
• 1.1.2 城市轨道交通车辆的结构
• 1.2 本课题的研究意义及提出
• 1.3 本课题的研究内容
• 1.4 本章小结
• 2 城轨车辆防磁板屏蔽效果仿真计算算法
• 2.1 屏蔽的基本原理
• 2.2 毕奥—萨伐尔定律
• 2.2.1 安培力定律
• 2.2.2 毕奥—萨伐尔定律
• 2.3 圆环电流在中心轴线上的磁感强度
• 2.4 城轨车辆中磁通密度的计算
• 2.4.1 屏蔽前磁通密度的计算
• 2.4.2 屏蔽后磁通密度的计算
• 2.4.3 防磁板屏蔽后磁通密度随高度变化的计算
• 2.5 本章小结
• 3 本课题的软件设计介绍
• 3.1 虚拟仪器简介及其国内外发展概况
• 3.2 LabWindows/CVI 虚拟仪器开发平台简介
• 3.2.1 LabWindows/CVI 介绍
• 3.2.2 基于 LabWindows/CVI 虚拟仪器的结构
• 3.2.3 LabWindows/CVI 程序设计的基本概念
• 3.2.4 LabWindows/CVI 的函数库（Libraries）
• 3.3 计算仿真软件的开发步骤
• 3.4 计算仿真软件的界面设计
• 3.4.1 主界面的介绍
• 3.4.2 界面 2 的介绍
• 3.4.3 界面 3 的介绍
• 3.4.4 界面 4 的介绍
• 3.5 计算软件的运行流程
• 3.6 测试结果
• 3.6.1 测试数据
• 3.6.2 运行结果及分析
• 3.7 本章小结
• 4 与 ANSYS 模型的对比
• 4.1 有限元思想与发展
• 4.2 电磁场分析有限单元法
• 4.2.1 麦克斯韦方程组
• 4.2.2 位函数的微分方程
• 4.3 电磁场分析的基本步骤和概念
• 4.3.1 适用场合
• 4.3.2 重要参数
• 4.3.3 分析步骤
• 4.4 模型建立
• 4.4.1 相关参数
• 4.4.2 模型建立过程
• 4.5 仿真软件与 ANSYS 模型的对比
• 4.6 本章小结
• 5 总结与展望
• 5.1 课题总结
• 5.2 问题与展望
• 参考文献
• 致谢
• 个人简历
• 攻读硕士学位期间发表论文