摘要:—針對動車組車載BTM電磁干擾問題,文章闡述了車載BTM電磁干擾排查方法,分析了列車功率設備產(chǎn)生電磁干擾的機理,并利用微晶磁環(huán)解決該電磁干擾問題。
關(guān)鍵詞:—動車組;BTM天線;電磁干擾;抑制;
引言
中國列車控制系統(tǒng)(CTCS)點式應答器系統(tǒng)是我國鐵路系統(tǒng)的重要組成部分,其車載BTM是進行車地間信息傳輸?shù)闹匾b備,其對列車運行安全至關(guān)重要。由于動車組車底布局空間有限,大量的電子電氣設備及線纜互相交織,使得車載BTM設備處于一個復雜的電磁環(huán)境中。另外,國產(chǎn)動車組在引進、消化、吸收再創(chuàng)新的過程中,引進不同國家廠商電磁兼容(EMC)設計防護理念不同,導致不同類型動車組BTM設備電磁抗干擾水平有所差異[1]。近年來,由電磁干擾造成BTM故障問題頻發(fā)屢見不鮮。
BTM電磁兼容技術(shù)要求
鑒于安全考慮,動車組車輛出廠前一般會對車輛輔助設備全啟工況下,進行BTM天線電磁騷擾測量。測試布置見圖1,測量技術(shù)要求為:設置頻譜儀RBW 為30kHz,VBW為30kHz,峰值Max Hold時長不低于5min,在3MHz-5.5MHz頻段范圍內(nèi)騷擾功率最大幅值不得高于-60dBm。
車載BTM電磁干擾排查
針對車輛BTM電磁騷擾問題,多采用排除法來分析[2],過程及處理方法圖2所示。一般來說,造成BTM電磁測量超標可從兩個方面著手:①功率設備運行過程中產(chǎn)生空間電磁干擾經(jīng)BTM天線耦合接收;②BTM線纜通過車輛功率設備或線纜耦合干擾。利用BTM天線外接線纜(即不用原BTM線纜)連接頻譜儀,來判斷干擾耦合途徑。若外接線纜測量值比初始值小得多,則干擾主要通過BTM線纜耦合,更換BTM線纜或變更其走線整改優(yōu)化;若外接線纜測量值與初始值相差不大,則說明電磁干擾由天線空間接收造成。此外,應注意BTM天線與線纜接口處的可靠性,可測量駐波比確認。
由EMC三要素,BTM作為敏感設備,現(xiàn)場無法對其安裝位置進行更換,要解決該問題就需要定位干擾源和干擾耦合路徑。
為準確查找干擾源,對車上用電設備進行系統(tǒng)排查,順序為先弱電后強電:①蓄電池供電系統(tǒng)(即DC110V供電),包括車載ATP、語音播報、照明,控制等系統(tǒng);②輔助供電系統(tǒng),包括輔助逆變器、整流器及其供電設備。對車上疑似干擾設備進行單獨依次斷上電操作,觀察測試結(jié)果是否有明顯下降。
功率設備電磁干擾產(chǎn)生機理及磁環(huán)抑制
列車內(nèi)部功率設備工作時,由于開關(guān)型器件快速的開關(guān)切換,產(chǎn)生上升沿陡峭的電流變化率(di/dt)、電壓變化率(du/dt),而du/dt作用在系統(tǒng)分布電容上產(chǎn)生共模電流[3],共模電流在大的環(huán)路中產(chǎn)生電磁輻射是BTM電磁干擾的主要原因。為抑制共模電流,利用磁環(huán)增加環(huán)路阻抗是簡單、有效且便于工程實施的抑制方法。微晶磁環(huán)以其高磁導率、強抗飽和能力等優(yōu)點[4],在功率變流設備共模干擾抑制方面發(fā)揮重要的作用,磁環(huán)盡量安裝在靠近功率設備屏蔽殼端口處。
對于共模磁環(huán),一般差模電流在磁芯中產(chǎn)生的磁通能夠相互抵消,但在實際應用中,電纜與共模磁環(huán)構(gòu)成單匝共模扼流圈,由于電纜與磁環(huán)內(nèi)邊緣貼近,在大電流的作用下會產(chǎn)生漏磁通,導致磁環(huán)中的磁通很難被完全抵消,造成磁環(huán)局部飽和,影響磁環(huán)整體性能。對于共模電流來說,兩個繞組(正負電纜)電流方向相同產(chǎn)生磁通同向疊加,使兩繞組總電感量等于各自繞組自感與互感之和,增強了電感量對共模電流產(chǎn)生較強的感抗,從而抑制共模電流達到濾波的目的。
結(jié)論
文章簡單介紹了BTM電磁兼容技術(shù)要求,對系統(tǒng)干擾源進行排查,并利用共模磁環(huán)抑制共模電流來解決車載BTM電磁干擾問題。
參考文獻:
[1]郭玉華, 張金寶. 動車組車載BTM設備電磁干擾防護研究[J]. 鐵道學報, 2016, 38(11):75-79.鄭軍奇.EMC電磁兼容設計與測試案例分析(第2版)
[2]鄭軍奇. EMC電磁兼容設計與測試案例分析[M]. 電子工業(yè)出版社, 2010.
[3]孫力, 肖芳. 變頻器的電磁兼容與電磁干擾抑制[J]. 變頻器世界, 2009(2).
[4]趙燕峰, 曹國榮, 袁瑩. 磁環(huán)在雙饋風電變頻器共模抑制中的應用[J]. 變頻器世界, 2013, 000(008):47-50.
作者簡介:饒稼祥(1990年12月——),男,漢族,湖北黃岡人,碩士研究生,助理試驗工程師,從事鐵路行業(yè)電磁兼容試驗及研究工作。
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