陳思　劉曉晶

摘 要：本文介紹了影響車輛輻射發(fā)射干擾因素中共模干擾和差模干擾的概念，同時對輻射超出限值的整改方案進行分析，并結(jié)合實際項目給出了方案的應(yīng)用效果，為輻射超標(biāo)類似問題的整改提供了參考。

關(guān)鍵詞：軌道交通車輛;輻射發(fā)射;接地電容

1 軌道交通車輛輻射測試背景

電磁兼容是指設(shè)備或者系統(tǒng)在其電磁環(huán)境中，能夠正常工作且不對該環(huán)境中任何事物構(gòu)成不能承受的電磁騷擾的能力。

在軌道交通領(lǐng)域，尤其是軌道車輛，運行的線路以及線路周邊的電子、電力設(shè)備系統(tǒng)構(gòu)成了列車運行的電磁環(huán)境;而軌道車輛在運行過程中會通過空間輻射和傳導(dǎo)騷擾等方式對軌道設(shè)備及軌旁設(shè)備形成電磁騷擾，如果騷擾值超過了電磁兼容相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的限值，就很可能會降低其運行的可靠性和安全性，從而影響列車正常的運營安全。

本文主要對輻射發(fā)射的干擾因素進行分析，并結(jié)合實際軌道車輛項目中的案例來進行具體分析和闡述。

2 影響車輛輻射發(fā)射的干擾因素

通過導(dǎo)線載流形成的電磁騷擾有兩種方式：共模（differential mode）干擾和差模（common mode）干擾[1]，它們同時也是車載設(shè)備形成輻射騷擾的重要原因。

車載設(shè)備的電纜通常都是由兩根導(dǎo)線組成，作為往返傳輸電力和信號的傳輸通道;此外還有另外一個導(dǎo)體的存在，那就是“地線”。假如兩個導(dǎo)線的等效阻抗分別為Z1和Z2，其終端所接的負載等效阻抗為Z，那么兩個載流導(dǎo)體之間的電位差就是形成差模干擾的根本原因。在差模電壓的影響下，會形成了兩種方向相反，大小相等的差模電流：。如下圖（左）所示：

共模騷擾定義為任一載流導(dǎo)體與參考地之間的電壓差，這種電壓的形成主要通過感應(yīng)的方式。通常情況下，作為往返通道的另兩個載流導(dǎo)體之間的間距會非常的近，因而兩根導(dǎo)線與地分別形成的感應(yīng)騷擾電壓大小相當(dāng)，方向相同。共模電壓在導(dǎo)體與地之間形成的電流實際上是位移電流，通過導(dǎo)體與大地之間的分布電容流向大地。

在實際工程應(yīng)用中，兩個導(dǎo)線之間的距離不可能做到理想狀態(tài)，所以共模電流，負載兩端會產(chǎn)生壓差從而影響設(shè)備的性能和穩(wěn)定性。平衡電路中，導(dǎo)線上共模騷擾電流不會對與之相連的設(shè)備造成太大影響，由于電流方向一致，會在設(shè)備附近形成比差模騷擾大得多的場強，進而通過近場耦合或者輻射的方式影響其他敏感設(shè)備[2]。共模電壓與共模電流分析詳見示意圖1（右）。

共模電流會在導(dǎo)線附近產(chǎn)生較大的場強，尤其是在電壓變化率較高的含有電力電子功率器件的電路中，這種現(xiàn)象更加的明顯。電壓的快速變化和寄生電容之間發(fā)生作用形成高頻振蕩，并通過空間場的方式輻射出去，對周邊的設(shè)備和設(shè)施形成不利影響。而接地電容的存在可以將共模電流形成的干擾就近與大地相接，從而在傳輸途徑上對騷擾起到了抑制作用。

3 案例分析

在某城市軌道交通車輛項目的輻射發(fā)射測試中，遇到了輻射值超標(biāo)的情況，經(jīng)過故障初步排查，確定最大的輻射源為牽引設(shè)備，具體測試的超標(biāo)情況（綠色為環(huán)境背景噪聲，藍色為實測值）如下：

4 初步方案及驗證測試

根據(jù)以往的項目經(jīng)驗，經(jīng)過初步的故障排查和分析，在整車輻射發(fā)射中低頻段限值超標(biāo)的現(xiàn)象，主要是由牽引設(shè)備的輸入端和車體地之間的共?；芈穼?dǎo)致的，而原有的接地設(shè)計并不能夠很好的抑制共模干擾，通過改變接地電容的阻抗特性，可以有效地抑制整車輻射干擾。

由原始測試數(shù)據(jù)分析可知：超標(biāo)頻點主要集中在80 kHz～100 kHz，而整個優(yōu)化的設(shè)計方案也是圍繞調(diào)節(jié)濾波參數(shù)來實施，從而降低超標(biāo)頻點處的輻射場強。

通過設(shè)計分析，初步定為將原有的1 μF電容組件替換為10 μF與1 μF電容并聯(lián)的接地排方案，經(jīng)牽引供應(yīng)商的仿真分析，電容組件更換后接地阻抗特性發(fā)生變化如下：

采用電容并聯(lián)接地排方案后，80 kHz附近的阻抗下降明顯，而160 kHz～260 kHz附近阻抗有所上升，經(jīng)過多次方案的調(diào)整和復(fù)測，發(fā)現(xiàn)此頻段阻抗的上升并未導(dǎo)致明顯的輻射場強變化;換言之，就是采取一個相對折中的方案，在輻射超標(biāo)頻段上明顯降低阻抗特性，而在不敏感頻段或者距離限值有較大裕量的頻段上作出適當(dāng)讓步，從而使車輛的整體輻射特性滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。整改后復(fù)測數(shù)據(jù)如圖4。

數(shù)據(jù)結(jié)果表明，在80 kHz～100 kHz頻段上輻射場強值有比較明顯地降低，驗證了之前阻抗特性分析的曲線，這次更換電容組件的優(yōu)化整改方案取得了顯著的效果。

5 總結(jié)

隨著國內(nèi)經(jīng)濟的發(fā)展，越來越多的城市都新建了軌道交通線路，軌道車輛電氣設(shè)計的復(fù)雜性使得電磁兼容的問題時有發(fā)生，因而電磁兼容問題的整改工作也逐漸成為軌道車輛電氣設(shè)計師需要關(guān)注的重點內(nèi)容。

參考文獻：

[1]鄒澎，周曉萍.電磁兼容原理、技術(shù)和應(yīng)用[M].北京：清華大學(xué)出版社，2007.

[2]聞映紅，周克生，崔勇，等.電磁場與電磁兼容[M].北京：科學(xué)出版社，2010.