高速動(dòng)車組牽引變流器側(cè)板材質(zhì)對(duì)電磁兼容的影響

解鵬　黃樹剛　楊璽

摘 要：對(duì)外射頻騷擾試驗(yàn)是動(dòng)車組整車試驗(yàn)中較為嚴(yán)苛的一項(xiàng)試驗(yàn)，對(duì)牽引變流器這類發(fā)射源電磁波的有效抑制是通過(guò)整車試驗(yàn)，提高整車可靠性的有效方式。在通過(guò)更改接地方式、優(yōu)化軟件算法等方式整改無(wú)效后，最終通過(guò)改變箱體屏蔽板材質(zhì)來(lái)提供屏蔽效能以滿足試驗(yàn)要求，保證產(chǎn)品高可靠性。本文介紹一種通過(guò)改變箱體材質(zhì)來(lái)提高屏蔽性能的方案。

關(guān)鍵詞：牽引變流器 側(cè)板材質(zhì) 對(duì)外射頻騷擾

中圖分類號(hào)：U266 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2019）04（c）-0102-02

我國(guó)對(duì)電磁兼容有較為嚴(yán)格的規(guī)定，牽引變流器內(nèi)部IGBT功率器件的開通和關(guān)斷產(chǎn)生主要的電磁發(fā)射源，這些電磁干擾會(huì)對(duì)軌道電路通訊頻率、電視信號(hào)等造成干擾，對(duì)電磁干擾進(jìn)行抑制，可有效提高機(jī)車車輛及動(dòng)車組的電磁兼容性能[1]。

1 概述

動(dòng)車組對(duì)外射頻騷擾測(cè)試方法為在距動(dòng)車組運(yùn)行軌道中心10m的位置，架設(shè)環(huán)形磁場(chǎng)測(cè)試天線，測(cè)試動(dòng)車組于牽引、再生制動(dòng)工況產(chǎn)生的 150kHz～1.1MHz 對(duì)外部的射頻騷擾。運(yùn)行工況是指：動(dòng)車組以 50±10km/h 運(yùn)行，當(dāng)經(jīng)過(guò)測(cè)量天線時(shí)，電動(dòng)車組在給定速度范圍內(nèi)以約為其最大牽引力的 1/3 加速或減速[2]。在一次高速動(dòng)車組對(duì)外射頻騷擾試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，整車對(duì)外輻射在790KHZ超標(biāo)，通過(guò)多種整改方案后，確定屏蔽方式是易于實(shí)現(xiàn)的整改方案。

屏蔽效能反映一個(gè)屏蔽體的屏蔽效果，屏蔽效能越大效果越好。牽引變流器目前的蓋板是厚度為 3mm鋁材質(zhì)，這樣的蓋板現(xiàn)狀不能有效屏蔽 150kHz-1.1MHz 產(chǎn)生的輻射干擾。從屏蔽效能的理論計(jì)算出發(fā)，可以計(jì)算出其他材質(zhì)和鋁材質(zhì)的屏蔽效能定量關(guān)系。通過(guò)對(duì)鋼和鋁屏蔽效能的計(jì)算來(lái)確定是否需要重新加工鋼制側(cè)板來(lái)增加變流器屏蔽性能[3]。

2 鋼和鋁材質(zhì)屏蔽效能計(jì)算

屏蔽效能由三部分組成：反射損耗、吸收損耗、多次反射損耗。

2.1 反射損耗比對(duì)

2.1.1 反射損耗計(jì)算公式

，其中：ρ12=，ρ21=

本項(xiàng)目中因?yàn)?90KHz頻率時(shí)電磁輻射超標(biāo)，可以確定工況為近場(chǎng)磁場(chǎng)為主，所以反射損耗公式表示為：

2.1.2 鋼和鋁反射損耗對(duì)比

2.1.3 對(duì)比結(jié)論

由對(duì)比可知鋼的反射損耗比鋁的小，從反射損耗角度分析，沒有必要更改側(cè)板材質(zhì)。

2.2 鋼和鋁的吸收損耗比對(duì)

2.2.1 吸收損耗計(jì)算公式

屏蔽體的吸收損耗A表示為

中：t為屏蔽板的厚度，δ為趨膚深度，鋁為0.003，鋼為0.0003。

2.2.2 比對(duì)及結(jié)論

經(jīng)對(duì)比分析，用鋼做蓋板其吸收損耗在790KHZ處是鋁的10倍。

2.3 多次反射損耗比對(duì)

因?yàn)閷?shí)際測(cè)量中，吸收損耗遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于 10dB，所以多次反射損耗B可以忽略。

SE鋼=R鋼 +A鋼 +B鋼 ≈103.158+86900=87003.158

SE鋁 =R鋁 +A鋁 +B鋁 ≈143.34+8690=8833.34

對(duì)比結(jié)果：

分析結(jié)論：經(jīng)過(guò)兩種材質(zhì)屏蔽效能的比對(duì)，發(fā)現(xiàn)如果側(cè)板更換為鋼板后屏蔽效能能夠達(dá)到鋁板作為側(cè)板的 10 倍。由前期測(cè)試結(jié)果可知，790KHZ時(shí)檢測(cè)波形超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)值約10dB，更換為鋼材質(zhì)的側(cè)板后，可以滿足試驗(yàn)要求。

3 整改結(jié)果

重新加工并更換側(cè)板板材后進(jìn)行測(cè)試，在790KHZ波形和國(guó)標(biāo)規(guī)定值有10dB的余量。滿足整車試驗(yàn)大綱的測(cè)試要求。更換側(cè)板后的測(cè)試結(jié)果如圖2所示：

4 結(jié)語(yǔ)

動(dòng)車組對(duì)外射頻騷擾試驗(yàn)是最近幾年被逐漸重視的研究方向，由于測(cè)試時(shí)動(dòng)車組已經(jīng)是整車狀態(tài)，確定干擾源及整改難度均較大。此次整改先后經(jīng)歷整車測(cè)試定位干擾源、整改整車接地情況、更換動(dòng)車電纜線為雙端接地線等步驟均無(wú)明顯效果后，經(jīng)過(guò)計(jì)算確認(rèn)通過(guò)改善側(cè)板材質(zhì)以改善屏蔽效果的方式解決此問題。

參考文獻(xiàn)

[1] 周文穎，逯邁，陳博棟.地鐵列車司機(jī)室高頻電磁暴露安全性評(píng)估[J].中國(guó)鐵道科學(xué)，2015，36（5）：116-121.

[2] GB/T 24338.3-2009軌道交通 電磁兼容 第3-1部分：機(jī)車車輛 列車和整車[S].北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2009.

[3] 孟進(jìn).基于IGBT開關(guān)暫態(tài)過(guò)程建模的功率變流器電磁干擾頻譜估計(jì)[J].中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2005（10）：16-18..