储能式有轨电车短时大电流受电器研制

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引言

储能式现代有轨电车采用全线无接触网运行，仅在站台区间布置供电轨，利用乘客上下车时间完成短时大电流充电。

根据储能式现代有轨电车受流方式及其供电接触特点，研制一种被动受电器，安装在车辆顶部，正常情况下受电器保持升起，进入站内充电段后，受电器通过与供电轨接触，向整个列车供电，满足车辆受流要求。

现在国外研制受电器的主要厂家有schunk与ABB公司。ABB公司研制的瞬间充电技术，能够在15 s内以400 kW的功率完成充电[1]。受电器技术研究方面的文章报道很少，本文从受流器整体结构出发，对受流的关键项点进行研究。

1受电器特点

为确保列车在运营过程中与良好的市容市貌和谐统一，要求受电器体积小。列车采用被动受流方式增加受流时间，在50 s内以1 800 A的电流完成充电。当

遇到异常情况时，通过手动升降实现受电器升降，切除电源，实现对列车的保护。

2受电器组成

受电器主要由弓头组装、铰链机构、底板组装、升降弓机构、绝缘子组装、电缆组装几部分组成，受电器的主体结构如图1所示。电流通过弓头滑板、电缆组装向整个列车供电。

2.1 滑板

滑板与供电轨接触，将供电轨的电能传送到受电器。好的滑板需满足如下要求：

①良好的导电性，小的电阻率和接触电阻。

②机械强度高，承受一定的振动和冲击而不损坏。

③优良的润滑性能和耐磨损性能。

④耐弧性强。根据滑板受流特性，滑板选择粉末冶金材料。

2.2 电缆

为提高受电器的抗腐蚀能力，受电器铰链机构采用不锈钢材料。因受电器承受短时大电流受流，通过电缆将滑板电流通过电缆传送到列车，对铰链机构中

的轴承进行短接，实现对铰链机构的保护。受电器在运行过程中进行上下运动，为提高电缆的使用寿命，电缆采用高柔性电缆。

2.3 升降弓机构

当需要升弓时，如图2（a）所示，在客室内通过软轴驱动升降机，升降机向左移动，受电器在弹簧力的作用下升起，弓头滑板与供电轨接触向列车供电。

当需要降弓时，如图2（b）所示，升降机向右运动，驱动铰链机构逆时针转动，滑板下降，滑板从供电轨脱离，受电器降弓，切除主电路电源，实现列车故障保护。

3分析计算

3.1 滑板与供电轨温升计算

根据“EN 50367 铁路应用 集电系统集电弓与上滑线共同作用”的技术标准，受流器与第三轨的接触力值约为120 N。滑板和供电轨之间有很大的接触力，在接触区域也是少数的小面（点）发生接触，这些少数的小面（点）承受着接触压力，滑板接触面积计算如下[1]。

热流密度的计算公式如下：

已知F=120 N，I=1 800 A，H=95 N/mm2，电阻值Rc=0.000 23 Ω。根据式（1）、式（2）得出滑板的有效接触面积S=1.263×10-6 m2，热流密q=2.95×108 W/m2。焦耳热源处于静止状态时，与热源有一定距离的点的温度分布函数为[3]

已知热流密度q=2.95×108 W/m2，热导率λ=380W/（m·K），热扩散率 α=1.0948×10-6 m2/s。距热源距离x=0.02 m。根据上述公式，采用MATLAB进行

仿真分析，仿真结果如图3所示。

根据上述分析，随着时间的增加，温度逐渐增大，在50 s 时间内，*高温度达到172℃。准确地计算温升比较困难，准确的温升值需通过试验进行测试，该计算仅用于估算。

3.2 电缆选型计算

导流线将弓头集取的电流传导至受电器安装底板的电流连接端子上，传导电流，并保护受电器上相应部件免受大电流的有害作用。

受电器集取电流时为短时工作制，工作时电流I=1 800 A，50 s 接通, 非持续性工作。根据标准“EN50343:2003  铁路应用 机车车辆布线规则”选择电缆，电缆选型如下：

选择4根95 mm2导体的载流量I=1 480 A。

4试验

（4）产品试制完成后，在中国铁道科学研究院进行温升试验，主要测点位于滑板、导流线、接线端子和框架结构。试验结果表明[4]：*高点的温度为196.6℃，满足受流性能要求，各零部件不发生变形。型式试验完成后，在广州有轨电车上进行装车试运行考核，目前该受电器运行良好。

5结语

本文对受电器在短时大电流的状态进行温升计算和电缆选型，并且介绍了受电器升降机构。样机试制完成后，进行了型式试验和装车试运行考核，根据试验和线路试验，受流器运行良好，满足功能和性能要求。