电力机车布线系统电磁兼容分析与处理措施分析

电力机车布线系统电磁兼容分析与处理措施分析

郭晓鹏

中车大连机车车辆有限公司  辽宁大连  116045

摘要：电力机车上安装了许多高功率的电子装置，这些装置是最主要的干扰源。小功耗微控制器和微型计算机网络系统是机车控制中的一个重要组成部分，它对电磁干扰有较强的抗性。由于两者具有相同的电磁环境，所以其电磁兼容问题成为整台列车设计中的核心问题。本文论述了交流电力机车线路布线中电磁兼容的重要意义，并提出了相应的解决方法，以达到改善整车电磁环境的目的。

关键词：电磁兼容；交流电力机车；布线设计；电磁干扰

随着电力电子器件的广泛应用，包括轨道电力在内的多个行业，电磁污染问题越来越受到人们的重视。电磁兼容（EMC）是指电子设备和系统能够在其工作的电磁环境中自由地释放能量，而不会对其他设备和系统造成不良影响。在进行 EMC设计时，除了要保证设备不受其他设备的干扰外，还应保证不会对其他设备产生干扰。

1.机车电缆分类

按照电力系统的分类及功能，电力系统中的电力线主要有 A型、 B型、C型三种。A型变压器及四象限变换器引线，马达引线，辅助设备引线，刹车电阻导线，电抗引线（逆变器一侧）。B型110V存储电池导线，控制电缆，无屏蔽的信号电缆l10V。C 型屏蔽电缆，例如：数据总线，信号线（如PT100，速度传感器等），天线线缆，扬声器线缆，音频及视频传输线缆。在这些电缆中，最容易引起电磁干扰的是：牵引电动机的导线、牵引变压器的导线和辅助设备的导线，而信号线、信号电缆 ATP、数据传输总线、天线引线、音频和视频传输线等都是对场感耦合较为敏感的电缆。按照国标EN50343 （GB/2002）《铁道工程机械汽车布线规程》，对各种类型的线缆的铺设和最小间距均须符合规定。

2.布线系统中抑制电磁干扰的措施

2.1采用中央线槽进行分离和隔离布线的电磁兼容分析

在进行电力机车布线时，要在中心线槽和驾驶员室线槽中走线，在中央线槽中走线，以达到对各种电压级别电缆的电磁兼容性的需求。信号线，信号电缆， ATP线，数据传输总线，天线导线，视听信号传输线，这些电缆都是对场效耦合更为灵敏的电缆，它们被放置在中心线沟的屏蔽线槽内。通过中心沟槽的线路将其与网络线、信号线隔离开来，从而更好地防止了网络线路和控制线路之间的互相干涉。该槽材质为铝合金板材，分段采用了焊接的方法，每个分段设有多个接地点，从而保证了该槽的抗EMI性能。电源电缆中心线槽外侧布线易造成干扰，能将其与主控、通信信号线缆良好绝缘，且电磁兼容性能良好。尽管副回路的线缆也是在中间的沟槽内，但是在设计时就考虑到了与控制线缆、通信信号线缆之间的距离以及绝缘性，因此也具备良好的电磁兼容性。

为达到最佳的 EMC性能，在布线中要采取与之相适应的抗干扰方法，并要符合如下几条导线的规定：（1）对于同一类型的光缆，要分别布置，并且要有最小的间距。（2）当无法确保各种类型的线缆（特别是与保护线缆相比）的最小间距时，需要用金属导管、金属板、密封金属线槽或类似物加以绝缘，所述的屏蔽最少也要有两个端部接地，并且所覆盖的面积越大越好。（3）回路与供电线路，特别是主要线路（马达导线等）要紧挨铺设。（4）为了得到屏蔽系数，应当尽量将线缆布置在接近车身地面的位置（闭合的金属线槽和金属导管等都用导线连接到车身接地上）。特别是马达用的线缆，必须确保这种线缆与电磁层之间有最小的隔离间距，这是由于会引起交流磁场的。（5）将蓄电器的绝缘线用于向具有蓄电池组一侧的脉动控制负荷的总成提供电力。其他电源电缆的支路应该尽量靠近储能器。（6）屏蔽线缆需要被屏蔽。（7）110伏电线及变压器测温引线可以使用通用的插塞。插脚的布局要考虑退耦合问题，引线要单独配置。（8）总线线缆的接头应符合 EMC规定。各装置间的资料总线必须无间断地断开，而控制缆线与讯号缆线则须分开连接。

2.2电力电缆的屏蔽

传输母线电源电缆起着传输脉冲电压，脉冲电流以及高频率噪声等作用。因此，对电源电缆进行屏蔽不仅可以降低信号的传输，而且可以实现对信号的分流。由于对信号和通信设备的灵敏度要求，对信号和通信设备的辐射干扰要求，对其进行了专门的设置。供电至负荷的电线，应确保有屏蔽。进、输电线必须同时铺设。各电动机无保护罩时，须将电动机的缆线一并铺设。各电动机底座由一根接地极小的低阻地线与机车底盘相连。电动机的导线应尽量靠近电动机的地线。对于屏蔽层及屏蔽接头而言，20 A至30 A之间的屏蔽电流应满足要求。当三个导体在一个屏蔽层中同时传送时，其屏蔽电流是很低的。屏蔽效果不仅与屏蔽层的厚度、讯号的频率有关，也与导体的电导率及磁导率有关。随着频率的增加，介质对保护层的损耗作用逐渐减弱。一般材质如不锈钢，结构钢，复合铝等用于箱体和箱体的结构可以实现最低的屏蔽损耗。

3.系统布线的电磁兼容设计

台站系统包含天线驱动马达、变频调速器、电风扇、空调机、开关电源等容易引起电磁干扰的装置，并且电缆是密集的，当电缆传送各种特征的信号时，电缆本身和电缆与连接装置间的分配系数都会引起线路间的串音和

辐射干扰，随着传输速度的增加，信号的上行沿会越来越陡峭，加之这些复杂的电子系统所面临的电磁环境十分苛刻，外部的干扰对它们的影响也会越来越大。因此，可以通过屏蔽、滤波、接地和重叠等方法来提高线路的 EMC性能。按电缆类别将电缆分开放置于不同的电缆沟中，电缆沟采用金属沟槽，可以有效地隔绝外界的干扰，也可以避免内部的电磁泄漏，对其他敏感电缆造成影响。电缆与电缆必须保持适当的距离，这样可以减弱电缆之间的电磁干扰，并切断近距离的耦合路径。

结束语：

综上所述，在电力机车的不断发展之下，在车辆的设计过程中，也变得更加的重视起来，在进行设计的时候，就应该将其列入一个整体的规划之中，仔细地进行了电磁兼容的规划，使用从上到下的设计方法、模块设计原则，并根据电力列车的具体情况，对其进行有效的工艺和技巧，来处理电力机车的电磁兼容问题。

参考文献

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