軌道交通電磁兼容性中的鐵氧體磁環運用研究

陳龍

摘 要 介紹鐵氧體抗干擾磁環的作用原理，分析鐵氧體磁環的選擇，闡述軌道交通電磁兼容性中的鐵氧體磁環運用，DCll0V輸出電壓傳導噪聲發射在1.5MHz位置處比額定數值高20dB，鐵氧體可抑制SIV電源輸出電路的騷擾發射，符合了EN50121-3-2標準規定，操作便捷，無須接地，運用效果良好。

關鍵詞 軌道交通;電磁兼容性;鐵氧體磁環;濾波

目前地鐵等軌道交通建設過程中大量運用了電磁兼容（EMC）設計方式，設計中包含了電氣部件、車輛設計兩大部分，在設計過程中要求將這兩方面有效聯合，完成最終的電磁兼容工作。其中防止干擾的重要方式之一為濾波，濾波的常見器件為鐵氧體磁環。

1軌道交通電磁兼容性中鐵氧體抗干擾磁環

軌道交通設計過程中，鐵氧體抗干擾磁環的運用能夠有效解決信號線、電源線、連接器等使用過程中的干擾抑制現象，能夠起到低通濾波器的作用，為新型的干擾抑制器件。優勢較為明顯，運用中只需要將其套在被保護線路上。能夠有效抑制高頻干擾，結合了鐵氧體磁環對高頻干擾的阻抗。目前在電磁兼容設計中運用較為廣泛。將鐵的氧化物與鋅、鎳、錳、鈷等粉末狀金屬混合，經高溫燒結及擠壓后，出現陶瓷晶體。燒制時間、溫度以及添加的金屬成分共同影響著鐵氧體材料的電磁性[1]。

2軌道交通電磁兼容性中的鐵氧體磁環的應用

鐵氧體材料阻抗包括電阻、感抗兩個構成，均與頻率相關。在頻率增加的情況下，磁導率也會隨之而降低，運用中能夠感抗增長勢頭。高頻段下阻抗變大，此時抗阻的主要成分為鐵損。在磁性材料運行中，存在高頻能量時，電阻性分量會將能量通過熱能散發。由此構成最終的低通濾波器，降低了高頻噪聲信號，但是其中產生的低頻有用信號的阻抗影響不大，可不計，此時電路可正常運行[3]。

城市軌道交通施工過程中對電磁發射影響最大的設備為SIV靜止逆變器、牽引系統牽引逆變器，對車輛電磁兼容性能具有直觀的影響。例如某軌道交通中，由于兩個逆變器電磁兼容性不符合EN50121-3-2標準中的騷擾發射要求，由此干擾了車輛上的信號系統中的應答天線，影響了列車自動駕駛系統的正常工作。同時整車電磁兼容性能不符合EN50121-3-1標準中的相關規定。

圖1 DC110V輸出回路

SIV靜止逆變器輸出電壓DC110V、AC380V，輸入電壓數值為DC1500V。運用過程中，對SIV逆變器使用電容進行濾波處理，完成之后可改善電磁兼容性，但是在運用過程中距離EN50121-3-2標準仍然有一定差距。在測試過程中，沒有運用鐵氧體磁環，AC380V輸出電壓傳導與數值規定之間存在一定差異。7MHz頻率下，與規定數值相比，高出20dB。見圖1。

在未運用鐵氧體磁環的情況下，DCll0V輸出電壓傳導噪聲發射情況與既定數值之間也存在著較大的差異，在1.5MHz位置處比額定數值高20dB。鐵氧體抑制元件應用電路見圖2[2]。

圖2 鐵氧體抑制元件應用電路

此次研究中，應用鐵氧體的等效電路見圖3。在該圖中，ZL為負載阻抗，ZS為源阻抗，Z表示鐵氧體抑制元件的阻抗。

E1、E2分別表示磁環運用前后ZL電壓。

磁環對噪聲衰減作用可表示為下式：

A=201g（El/E2）=201g（Zs+z+ZL）/（Zs+ZL）

從該式中能夠看出，在負載阻抗ZL與信號源內阻ZS之間和較小時，鐵氧體的等效阻抗Z也隨之增大，此時具有更好地抑制高頻干擾的效果。

由此可見，鐵氧體增加之前SIV的DC110V輸出電源線、AC380V輸出電源線之間具有共模干擾，由此在運行過程中，可以在AC380V輸出線vK2、0線、UK2、WK2中加入2個鐵氧體，并在110V直流正負線中添加2個鐵氧體。能夠看出，鐵氧體的運用可有效抑制SIV電源輸出電路的騷擾發射。

3結束語

城市建設過程中對軌道交通建設發展提出了更高的要求，軌道設計過程中要求進行必要的抗干擾處理。鐵氧體磁環器件的運用能夠達到良好的抗干擾作用，鐵氧體的運用可有效抑制SIV電源輸出電路的騷擾發射。

參考文獻

[1] 葉云燕.基于軟鐵氧體磁芯構建低通濾波器是實現電磁兼容的重要舉措[J].磁性元件與電源，2018（11）：151-156.

[2] 高凡夫，譚向宇，梁志瑞.鐵氧體磁環抑制550kVGIS中的特快速暫態過電壓的試驗研究[J].高壓電器，2018，54（10）：132-136，144.

[3] 周平章，劉凱，陳學平.寬帶電源濾波器設計及可靠性改進[J].磁性材料及器件，2018，49（1）：55-57，63.