高速動車組牽引變流器側板材質對電磁兼容的影響

解鵬　黃樹剛　楊璽

摘 要：對外射頻騷擾試驗是動車組整車試驗中較為嚴苛的一項試驗，對牽引變流器這類發射源電磁波的有效抑制是通過整車試驗，提高整車可靠性的有效方式。在通過更改接地方式、優化軟件算法等方式整改無效后，最終通過改變箱體屏蔽板材質來提供屏蔽效能以滿足試驗要求，保證產品高可靠性。本文介紹一種通過改變箱體材質來提高屏蔽性能的方案。

關鍵詞：牽引變流器 側板材質 對外射頻騷擾

中圖分類號：U266 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2019）04（c）-0102-02

我國對電磁兼容有較為嚴格的規定，牽引變流器內部IGBT功率器件的開通和關斷產生主要的電磁發射源，這些電磁干擾會對軌道電路通訊頻率、電視信號等造成干擾，對電磁干擾進行抑制，可有效提高機車車輛及動車組的電磁兼容性能[1]。

1 概述

動車組對外射頻騷擾測試方法為在距動車組運行軌道中心10m的位置，架設環形磁場測試天線，測試動車組于牽引、再生制動工況產生的 150kHz～1.1MHz 對外部的射頻騷擾。運行工況是指：動車組以 50±10km/h 運行，當經過測量天線時，電動車組在給定速度范圍內以約為其最大牽引力的 1/3 加速或減速[2]。在一次高速動車組對外射頻騷擾試驗中發現，整車對外輻射在790KHZ超標，通過多種整改方案后，確定屏蔽方式是易于實現的整改方案。

屏蔽效能反映一個屏蔽體的屏蔽效果，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，這樣的蓋板現狀不能有效屏蔽 150kHz-1.1MHz 產生的輻射干擾。從屏蔽效能的理論計算出發，可以計算出其他材質和鋁材質的屏蔽效能定量關系。通過對鋼和鋁屏蔽效能的計算來確定是否需要重新加工鋼制側板來增加變流器屏蔽性能[3]。

2 鋼和鋁材質屏蔽效能計算

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

2.1.1 反射損耗計算公式

，其中：ρ12=，ρ21=

本項目中因為790KHz頻率時電磁輻射超標，可以確定工況為近場磁場為主，所以反射損耗公式表示為：

2.1.2 鋼和鋁反射損耗對比

2.1.3 對比結論

由對比可知鋼的反射損耗比鋁的小，從反射損耗角度分析，沒有必要更改側板材質。

2.2 鋼和鋁的吸收損耗比對

2.2.1 吸收損耗計算公式

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 比對及結論

經對比分析，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

因為實際測量中，吸收損耗遠遠大于 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

對比結果：

分析結論：經過兩種材質屏蔽效能的比對，發現如果側板更換為鋼板后屏蔽效能能夠達到鋁板作為側板的 10 倍。由前期測試結果可知，790KHZ時檢測波形超過標準值約10dB，更換為鋼材質的側板后，可以滿足試驗要求。

3 整改結果

重新加工并更換側板板材后進行測試，在790KHZ波形和國標規定值有10dB的余量。滿足整車試驗大綱的測試要求。更換側板后的測試結果如圖2所示：

4 結語

動車組對外射頻騷擾試驗是最近幾年被逐漸重視的研究方向，由于測試時動車組已經是整車狀態，確定干擾源及整改難度均較大。此次整改先后經歷整車測試定位干擾源、整改整車接地情況、更換動車電纜線為雙端接地線等步驟均無明顯效果后，經過計算確認通過改善側板材質以改善屏蔽效果的方式解決此問題。

參考文獻

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

[2] GB/T 24338.3-2009軌道交通 電磁兼容 第3-1部分：機車車輛 列車和整車[S].北京：中國標準出版社，2009.

[3] 孟進.基于IGBT開關暫態過程建模的功率變流器電磁干擾頻譜估計[J].中國電機工程學報，2005（10）：16-18..