城軌車(chē)輛電磁兼容設(shè)計(jì)

1、<p>　　城軌車(chē)輛電磁兼容設(shè)計(jì)</p><p>　　摘要：文章結(jié)合城軌車(chē)輛電磁兼容的現(xiàn)狀和電磁兼容的基本原理，從設(shè)計(jì)的角度出發(fā)，時(shí)城軌車(chē)輛的電磁兼容性基本設(shè)計(jì)原則和方法進(jìn)行了闡述。</p><p>　　關(guān)鍵詞：城軌車(chē)輛電磁兼容接地屏蔽布線</p><p><b>　　1．概述</b></p><p>　　城軌

2、車(chē)輛是集高壓、變頻、網(wǎng)絡(luò)通信、計(jì)算機(jī)控制于一體的系統(tǒng)設(shè)備，內(nèi)部采用變頻變壓逆變器(VVVF)調(diào)速、異步電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的交流傳動(dòng)系統(tǒng)和半導(dǎo)體靜止逆變電源( SIV)等附帶豐富諧波的大功率設(shè)備，同時(shí)還有大量微處理器對(duì)牽引、制動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)的控制及診斷，并且安裝有車(chē)載信號(hào)、無(wú)線通信和乘客信息等系統(tǒng)。為使車(chē)上的各種電氣設(shè)備都能正常工作，互不干擾，保護(hù)乘客的身心健康，向乘客提供優(yōu)質(zhì)服務(wù)，電磁兼容已經(jīng)成為車(chē)輛能否可靠運(yùn)行的一個(gè)重要問(wèn)題，因此，必須將電磁

3、兼容性設(shè)計(jì)貫穿于整個(gè)城軌車(chē)輛的系統(tǒng)設(shè)計(jì)中。</p><p>　　2．電磁兼容的三要素</p><p>　　電磁兼容是設(shè)備或系統(tǒng)在其電磁環(huán)境中能正常工作且不對(duì)該環(huán)境中任何事物構(gòu)成不能承受的電磁干擾能力，它包括電磁干擾和抗電磁干擾兩個(gè)方面。電磁干擾造成設(shè)備性能降級(jí)或失效。電磁兼容必須同時(shí)具備三個(gè)要素：首先是有一個(gè)電磁發(fā)射源，其次是有電磁干擾敏感設(shè)備，第三要存在一條電磁干擾的耦合通路，把能量從電

4、磁發(fā)射源傳遞到電磁敏感設(shè)備。</p><p>　　在城軌車(chē)輛的設(shè)計(jì)中，既要充分考慮車(chē)輛內(nèi)部設(shè)備的抗電磁干擾能力，又要避免這些設(shè)備對(duì)其它設(shè)備造成電磁干擾，為使城軌車(chē)輛既能在復(fù)雜的電磁環(huán)境下可靠的工作，又不對(duì)外界環(huán)境產(chǎn)生過(guò)大的干擾，基本措施是抑制干擾源、切斷電磁干擾的傳播途徑、提高設(shè)備和系統(tǒng)的抗干擾能力。在城軌車(chē)輛的電磁兼容設(shè)計(jì)中主要從接地、布線、屏蔽等幾個(gè)方面進(jìn)行考慮。</p><p>　　

5、3．城軌車(chē)輛的電磁兼容設(shè)計(jì)原則</p><p><b>　　3.1接地設(shè)計(jì)</b></p><p>　　合理的接地是最經(jīng)濟(jì)有效的電磁兼容設(shè)計(jì)技術(shù)，是解決EMI問(wèn)題最廉價(jià)有效的方法。良好的接地系統(tǒng)并不會(huì)增加整車(chē)的成本，它既能提高系統(tǒng)的抗擾度，又能夠減少干擾發(fā)射。對(duì)于車(chē)內(nèi)弱電系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，接地除了泄放小電流外，還用于設(shè)定一個(gè)基準(zhǔn)電位，避免各種耦合干擾。</p>

6、<p>　　3.1.1接地方式的選擇</p><p>　　接地可以分為單點(diǎn)接地、二點(diǎn)接地和混合接地3種：1）單點(diǎn)接地是最簡(jiǎn)單的，它能夠消除公共阻抗耦合和低頻地環(huán)路，使地線上其它部分的電流不會(huì)耦合進(jìn)電路。對(duì)于頻率1MHz以下的低頻電路，屏蔽層一端接地能起到很好的效果，所以，音頻和視頻電纜只需在一端接地。2）對(duì)于頻率高于1MHz的高頻電路，屏蔽層兩端接地，不論對(duì)電場(chǎng)還是對(duì)磁場(chǎng)都能起到屏蔽作用。MVB總線傳輸

7、的是快速數(shù)字信號(hào)，屏蔽層需兩端接地。3）混合接地就是屏蔽層一端直接接地，另一端通過(guò)一個(gè)小電容接地。小電容接地端在低頻時(shí)相當(dāng)于開(kāi)路，在高頻時(shí)電容阻抗很低，相當(dāng)于屏蔽層兩端接地。此種接地方法適用頻率范圍寬的電路。</p><p>　　3.1.2車(chē)輛接地設(shè)計(jì)</p><p>　　車(chē)輛接地可分為保護(hù)接地和工作接地兩大類(lèi)。</p><p>　　對(duì)于保護(hù)性接地，列車(chē)所有的傳導(dǎo)部

8、件例如轉(zhuǎn)向架，牽引電機(jī)外殼，逆變器箱體等都通過(guò)低阻抗的接地連接與車(chē)體相連，而車(chē)體本身通過(guò)接地電纜相互連接，這確保了所有觸碰得到的電氣傳導(dǎo)部件都基本處于零電位，對(duì)工作人員來(lái)說(shuō)是安全的工作電位。另一方面，牽引箱、高壓箱、車(chē)內(nèi)電氣柜、電子柜等又是車(chē)輛電磁兼容的主要干擾源，考慮到電磁兼容，這些箱體的金屬外殼和車(chē)體電位一致可減少射頻干擾。 工作接地是為保證地鐵上電力或電子設(shè)備能可靠工作，通過(guò)輪軌提供一個(gè)線路電流的負(fù)極回流，主要包括1500V直流、

9、IlOV直流和380V交流接地。`</p><p><b>　　3.2布線設(shè)計(jì)</b></p><p>　　電纜易受電磁干擾，同樣它也可能成為干擾源。在城軌車(chē)輛中1500V高壓回路電纜、電機(jī)電纜、制動(dòng)電阻電纜和輔助逆變器電纜易產(chǎn)生干擾，而MVB電纜、PIS和ATC信號(hào)電纜容易受到干擾，IlOV控制電纜既可能受干擾又可能成為干擾源。在城軌車(chē)輛布線中應(yīng)該遵循以下原則：&l

10、t;/p><p>　　1)在城軌車(chē)輛布線電纜敷設(shè)時(shí)，所有的電纜均應(yīng)按電磁兼容性進(jìn)行電纜類(lèi)別分類(lèi)，根據(jù)《EN50343-2003鐵路應(yīng)用一機(jī)車(chē)車(chē)輛布線規(guī)則》城軌車(chē)輛上電纜可分為表I中的A、B、C三類(lèi)。</p><p>　　2)屬于各個(gè)不同電纜種類(lèi)的電纜應(yīng)分開(kāi)放置，并必須保持表2中的最小間距。</p><p>　　3)輸出線和回流線相鄰鋪設(shè)，特別是電源電纜（電機(jī)電纜、制動(dòng)電

11、阻等）。</p><p>　　4)電纜應(yīng)盡可能靠近車(chē)輛地板放置（封閉的金屬電纜管、金屬管道等采用導(dǎo)電連接連接到車(chē)輛地板），以利用其產(chǎn)生的衰減。</p><p>　　5)在各電纜種類(lèi)的最小間距不能保持的情況下，有必要采用管道、封閉的金屬板、管件等達(dá)到分開(kāi)的目的。</p><p>　　6)C類(lèi)電纜應(yīng)總是被屏蔽。</p><p>　　7)當(dāng)屬于不同

12、種類(lèi)的電纜交叉，互相成直角時(shí)，不要求有最小間距。</p><p><b>　　3.3屏蔽設(shè)計(jì)</b></p><p>　　用屏蔽體將干擾源包封起來(lái)，可防止干擾電磁場(chǎng)通過(guò)空間向外傳播；反之，用屏蔽體將敏感源包封起來(lái)，就可使敏感源免受外界空間電磁場(chǎng)的影響。</p><p>　　在城軌車(chē)輛上，屏蔽主要包括敏感設(shè)備的屏蔽及電纜的屏蔽。敏感設(shè)備的屏蔽主要

13、包括車(chē)輛控制單元(vcu)、牽引控制單元(ICU)、智能子站KLIP模塊等微機(jī)網(wǎng)絡(luò)控制設(shè)備的屏蔽。電纜的屏蔽主要包括變壓器電纜、輔助設(shè)備的電纜、控制電纜、信號(hào)電纜、數(shù)據(jù)傳輸總線等的屏蔽。對(duì)變壓器電纜、輔助設(shè)備的電纜進(jìn)行屏蔽的目的在于防止其對(duì)敏感設(shè)備造成干擾。對(duì)信號(hào)電纜、數(shù)據(jù)傳輸總線電纜等進(jìn)行屏蔽的目的在于避免使這些電纜受到外界電磁場(chǎng)的干擾。</p><p>　　3.3.1車(chē)輛上敏感設(shè)備的屏蔽設(shè)計(jì)</p>

14、;<p>　　對(duì)于敏感設(shè)備的屏蔽機(jī)箱骨架的設(shè)計(jì)要注意以下幾點(diǎn)：</p><p>　　1)金屬機(jī)箱必須確保其導(dǎo)電的連續(xù)性，機(jī)箱上所有永久性縫隙，原則上使用焊接方式，且焊縫必須是連續(xù)焊接的，各個(gè)面對(duì)接地點(diǎn)的阻抗應(yīng)小于0.2Ω。</p><p>　　2)材料必須具有良好的導(dǎo)電性和導(dǎo)磁性，推薦使用鋼板、不銹鋼及鋁板。</p><p>　　3)機(jī)箱孔、縫、洞的處

15、理。一般孔徑要小于直徑Smm，對(duì)于安裝儀表或顯示窗口所開(kāi)的孔必須使用透明屏蔽材料或金屬網(wǎng)來(lái)進(jìn)行屏蔽處理。對(duì)于用于通風(fēng)的孔、洞必須用直徑小于Smm的孔陣來(lái)代替一個(gè)大孔，縫隙間隙越小越好，縫隙的間隙長(zhǎng)度應(yīng)控制在5-7cm。</p><p>　　4)機(jī)箱上的接插頭、座應(yīng)使用金屬外殼，最好選用螺紋式的。</p><p>　　屏蔽機(jī)箱內(nèi)的布線要注意以下幾點(diǎn)：</p><p>

16、　　1)插頭、插座布線亦應(yīng)該分類(lèi)布置，同一對(duì)線應(yīng)緊鄰布置，敏感信號(hào)應(yīng)離機(jī)箱邊緣Smm以上，以防止靜電干擾，高低壓線之間必須考慮空位隔離。</p><p>　　2)機(jī)箱內(nèi)部布線要以減小傳輸線所圍面積為原則，盡量簡(jiǎn)潔，不能迂回，嚴(yán)禁將多余的線盤(pán)繞在機(jī)箱內(nèi)部。</p><p>　　3)設(shè)置各類(lèi)地線，機(jī)箱內(nèi)應(yīng)分出電源地，功率地，模擬地，數(shù)字地，通訊地，外殼地。電源地，模擬地，數(shù)字地，功率地都經(jīng)一點(diǎn)

17、與外殼地相連。</p><p>　　4)所用屏蔽線，屏蔽層必須接地。</p><p>　　5)枧箱內(nèi)部布線，也要按整車(chē)線纜分類(lèi)鋪設(shè)進(jìn)行考慮，應(yīng)盡可能使干擾源線路和敏感電路呈直角布線，以降低耦合干擾。</p><p>　　3.3.2車(chē)輛電纜屏蔽原則</p><p>　　電纜屏蔽層的接地可以分為單端接地和雙端以上接地，除對(duì)屏蔽層接地有特殊要求的（

18、如音頻線、視頻線、傳感器電纜等）電纜外，一般采用雙端接地且電纜的屏蔽層應(yīng)可靠接地。對(duì)于信號(hào)電纜和控制電纜，屏蔽層的覆蓋程度應(yīng)不小于75%;對(duì)于數(shù)據(jù)傳輸電纜，屏蔽層的覆蓋程度應(yīng)不小于90%；對(duì)于輔助電纜等，屏蔽層的覆蓋程度應(yīng)不小于85%。</p><p><b>　　4．小結(jié)</b></p><p>　　城軌車(chē)輛的電磁兼容性設(shè)計(jì)涉及到了總體布局、電路、電氣設(shè)備、電氣材料

19、、安裝結(jié)構(gòu)等多個(gè)方面，本文提供了一些設(shè)計(jì)方法和設(shè)計(jì)思路，為下一步具體的電氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供了電磁兼容性設(shè)計(jì)方案。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步、電磁兼容技術(shù)的不斷發(fā)展，城市軌道車(chē)輛電磁兼容設(shè)計(jì)也必將進(jìn)入快速發(fā)展階段，實(shí)現(xiàn)手段也必將更加多樣。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)：</b></p><p>　　[1] EN50343．鐵路應(yīng)用一一機(jī)車(chē)車(chē)輛一一電纜布線的安裝規(guī)則[S] .