王坤

（中車大同電力機(jī)車有限公司，山西 大同 037038）

電力蓄電池牽引車采用接觸網(wǎng)DC1500V、牽引蓄電池DC800V 供電，主傳動(dòng)采用“直-交”方式、IGBT 元件組成的變流器、異步牽引電動(dòng)機(jī)、大功率牽引蓄電池；采用微機(jī)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)。微機(jī)網(wǎng)絡(luò)等極易受電磁干擾的影響,一旦發(fā)生電磁兼容問(wèn)題，極難查找問(wèn)題根源，改造起來(lái)非常困難。本文以電力蓄電池牽引車為例，討論電磁兼容的預(yù)防性設(shè)計(jì)。

1 電磁兼容的基本介紹

電磁兼容就是指在電磁環(huán)境中，設(shè)備或者系統(tǒng)在正常工作時(shí)不會(huì)受到環(huán)境中任何事物的影響，也不構(gòu)成對(duì)電磁的干擾能力。也就是說(shuō)，電磁兼容要求系統(tǒng)和設(shè)備在同一電磁環(huán)境內(nèi)，所有的設(shè)備均能保持正常運(yùn)行，而且各設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)不會(huì)受到其他設(shè)備的干擾，達(dá)到設(shè)備運(yùn)行的兼容狀態(tài)，電磁兼容就是為了解決電磁環(huán)境中出現(xiàn)的干擾問(wèn)題。在實(shí)踐過(guò)程中，由電力蓄電池牽引車產(chǎn)生電磁干擾的三要素及其關(guān)系如圖1所示。

圖1 電磁干擾的關(guān)系模型

通過(guò)對(duì)電磁干擾關(guān)系模型的分析發(fā)現(xiàn)，產(chǎn)生電磁干擾的重要原因，可以分成三種，一是干擾源，二是耦合路徑，三是敏感設(shè)備，因此，為了解決電磁干擾問(wèn)題，需要從這三方面入手，徹底解決這三方面的問(wèn)題或其中某一方面問(wèn)題，便可實(shí)現(xiàn)電磁干擾的解除。

2 電力蓄電池牽引車電磁兼容設(shè)計(jì)

2.1 蓄電池牽引車原理圖的電磁兼容設(shè)計(jì)

近年來(lái)，科學(xué)技術(shù)不斷發(fā)展，在電力機(jī)車上交流傳動(dòng)技術(shù)普遍應(yīng)用，而且也取得了良好的效果。針對(duì)大功率的主變流器，要保證較高頻率的高電壓和大電流開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)換。電壓、電流的變化概率都非常大，一是由于大功率的元器件屬于非線性，勢(shì)必會(huì)受到牽引電流從而產(chǎn)生諧波；另一方面，在出現(xiàn)大的di/dt 和dv/dt 變化時(shí)，也會(huì)有較強(qiáng)的電磁干擾性。如圖2 為電力蓄電池牽引車EMC 原理框圖。

圖2 EMC 原理框圖

2.2 蓄電池牽引車設(shè)備布置的電磁兼容設(shè)計(jì)

要想實(shí)現(xiàn)電力機(jī)車的電磁兼容，就要確保電力機(jī)車設(shè)備有科學(xué)的布置，通過(guò)良好的設(shè)備布局，不僅能夠減少設(shè)備在運(yùn)行時(shí)出現(xiàn)的干擾，還可以有效減少干擾源的布線長(zhǎng)度。在讓外發(fā)射干擾能力降低時(shí)，便可讓整個(gè)電力機(jī)車的電磁兼容性能得以提升。車下電磁敏感設(shè)備如車感線圈、自動(dòng)過(guò)分相車感器、速度傳感器接線盒等布置位置應(yīng)遠(yuǎn)離機(jī)車主變壓器、牽引電機(jī)等電磁干擾源。

車內(nèi)設(shè)備布置在考慮重量分配和功能集中的同時(shí)，應(yīng)重點(diǎn)考慮電磁兼容性。

（1）電磁敏感設(shè)備如通信設(shè)備、信號(hào)設(shè)備、監(jiān)控設(shè)備、微機(jī)網(wǎng)控設(shè)備，布置位置應(yīng)遠(yuǎn)離變流柜等電磁干擾源。

（2）縮短易產(chǎn)生電磁干擾的設(shè)備間連接電纜距離，如主變壓器到變流柜、變流柜到各牽引電機(jī)、輔助變流柜到低壓柜等。

2.3 蓄電池牽引車整車布線電磁兼容設(shè)計(jì)

實(shí)現(xiàn)整車電磁兼容，合理布線是一個(gè)重要的措施。根據(jù)機(jī)車電壓等級(jí)和作用，機(jī)車用電纜基本分為A、B、C 三類，見(jiàn)表1。

表1 EMC 電纜類別

根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)EN50343 的相關(guān)規(guī)定，表1 中不同類別電纜的鋪設(shè)及其最小間距應(yīng)滿足表2 要求。

表2 不同類別電纜之間的最小間距

蓄電池牽引車采用中央預(yù)布線、高處預(yù)布線等布線方式，其中中央線槽放置在機(jī)車車體臺(tái)架上，主要布置主、輔動(dòng)力電纜和蓄電池引線（A 類和B 類）。

高處線槽放置于機(jī)械間側(cè)墻上，主要布置控制電纜和信號(hào)電纜（B 類和C 類）。高處線槽采用雙槽結(jié)構(gòu)，一槽布置控制電纜、110V 電源電纜，另一槽布置信號(hào)電纜，并在信號(hào)線槽上加蓋板。

以下為電力蓄電池牽引車布線的EMC 原則：

（1）屬于不同類別的電纜應(yīng)分開(kāi)布置，電纜之間盡量保持表2 中建議的最小間距；當(dāng)不同類別電纜之間最小間隙不能保證的情況下，（尤其是A、B 類相對(duì)C 類電纜的間隙，且與C 類電纜存在平行），必須用金屬屏蔽護(hù)套、密封金屬線槽等將A、B 類進(jìn)行屏蔽、隔離。（當(dāng)電纜直角交叉布置時(shí)，可不考慮最小間隙）。

（2）利用衰減效應(yīng)，電纜應(yīng)盡量鋪設(shè)在靠近車體地處（封閉的金屬線糟、金屬導(dǎo)管等均通過(guò)接地線與車體地相連）。

（3）牽引電機(jī)回流線應(yīng)與電機(jī)電纜平行相鄰鋪設(shè)。

（4）網(wǎng)絡(luò)線、信號(hào)電纜必須使用滿足電磁兼容要求的連接器。數(shù)據(jù)電纜在設(shè)備與設(shè)備之間應(yīng)無(wú)打斷、轉(zhuǎn)接。控制電纜和信號(hào)電纜應(yīng)分別通過(guò)單獨(dú)的連接器連接。

2.4 蓄電池牽引車電氣屏柜電磁兼容設(shè)計(jì)

電器柜是機(jī)車線路和各設(shè)備安裝的重要載體，在電壓等級(jí)不同時(shí)，各類設(shè)備運(yùn)行形成了相對(duì)復(fù)雜的電磁環(huán)境。為了降低各設(shè)備運(yùn)行之間受到的電磁影響，需要確保各設(shè)備有較強(qiáng)的運(yùn)行穩(wěn)定性，對(duì)機(jī)車屏柜做出電磁兼容性設(shè)計(jì)是達(dá)到這一要求的基本操作辦法。通過(guò)合理的電磁兼容設(shè)計(jì)，保障整個(gè)電力機(jī)車運(yùn)行的安全可靠。

2.4.1 柜內(nèi)設(shè)備布置的EMC 設(shè)計(jì)

在電磁兼容設(shè)計(jì)中，電器柜各設(shè)備的科學(xué)布置有重要作用，通過(guò)科學(xué)的設(shè)備布局，能夠降低在電壓不同時(shí)各設(shè)備運(yùn)行受到的干擾，同時(shí)也能夠讓電纜的布線長(zhǎng)度適當(dāng)縮短，減少電纜之間的相互交叉，進(jìn)而降低設(shè)備之間的干擾，保障產(chǎn)品運(yùn)行有較強(qiáng)的安全性和可靠性。為了達(dá)到電磁兼容效果，需要針對(duì)不同的電壓等級(jí)作出相應(yīng)的隔離處置，在設(shè)計(jì)過(guò)程中，也需結(jié)合設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)要求和運(yùn)行能力的不同，對(duì)各設(shè)備布局進(jìn)行科學(xué)分配。

電力蓄電池牽引車低壓電器柜主要設(shè)計(jì)安裝接觸器、斷路器、繼電器、電源模塊、接地電阻、中央控制單元、網(wǎng)關(guān)單元、RIOM 輸入輸出單元、電壓表、轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)及按鈕開(kāi)關(guān)等電器設(shè)備。

電氣柜內(nèi)的各運(yùn)行設(shè)備可以通過(guò)編織線實(shí)現(xiàn)與柜體接地的連接，進(jìn)而滿足電氣設(shè)備運(yùn)行的接地要求，并且針對(duì)不同的電壓等級(jí)，在設(shè)備區(qū)域內(nèi)進(jìn)行屏蔽隔離處置設(shè)施設(shè)置，避免在不同等級(jí)電壓下出現(xiàn)各設(shè)備運(yùn)行之間的電磁干擾。

2.4.2 柜內(nèi)布線的EMC 設(shè)計(jì)

低壓電器柜線纜整體分為兩大類：380V/220V 電纜、110V/24V/12V 電纜，為避免不同電壓等級(jí)電纜之間的電磁干擾，分兩個(gè)出線口進(jìn)出線，380V/220V 電纜從左側(cè)底部出線口進(jìn)出，110V/24V/12V 電纜通過(guò)右側(cè)頂部連接器進(jìn)出線；柜體內(nèi)部設(shè)備周邊都焊有扎線板，便于走線。其中功能分區(qū)后，左右側(cè)柜體之間的連接電纜從柜內(nèi)頂部或柜內(nèi)底部走線，布線時(shí)要求將線束分開(kāi)成若干小線束并列布置，而后再根據(jù)需要合成大線束走線。

3 結(jié)語(yǔ)

電力蓄電池牽引車在設(shè)計(jì)過(guò)程中對(duì)電磁兼容進(jìn)行預(yù)防性設(shè)計(jì)，統(tǒng)籌協(xié)同不同模塊的電磁兼容，在操作過(guò)程中，嚴(yán)格履行制定的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，并對(duì)線路進(jìn)行考核，設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)良好，未出現(xiàn)電磁干擾現(xiàn)象則證明整車布局合理，電磁兼容效果良好。