电磁兼容技术在机车变流器布线中的应用
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图1 动车组电子干扰三要素
电磁兼容技术的应用
3.1 布线设计
动车组列车布线设计需要将干扰大的电缆和对干扰敏感的电缆分开。
例如在动车组底部布有大量线缆,根据线缆差异一般分为高压侧和低压侧,以免高压线缆对低压线缆产生干扰。
不同线缆应布置到相应的线槽隔舱内,且增加高压线槽与低压线槽的距离,以避免产生干扰信号,若出现高压线缆必须放置
图2 屏蔽线缆示意
动车组列车作为当下应用最广泛的铁路交通工具,为人们的工作生活提供了许多便利。
随着电子信息技术的快速发展,越来越多的电子设备被装载到动车组列车上,也给车辆带来了巨大的电磁干扰的影响。
本文通过论述动车组中的电磁干扰情况,分析了电磁兼容技术在动车组列车上的应用。
高速动力组列车网络控制若干问题研究
陆建飞,刘挺,等.电磁屏蔽线槽的设计与施工
,2014(S1):564-566.
康洪军.高速动车组布线线槽电磁兼容设计。
电磁兼容设计在铁路信号设备中的应用摘要:随着用户需求的增加,铁路信号设备能够实现的功能越来越多,多种设备集成到一套产品中也成为了厂家的卖点,正因如此,导致设备内外的电磁环境日趋恶化,所以电磁兼容性能是铁路信号设备设计中需要解决的关键问题。
电磁兼容(EMC)是指设备自身产生的电磁干扰信号(EMI)及其抵抗电磁干扰(EMS)的能力,它是衡量设备质量的重要指标之一。
EMC的设计规则就像交通规则一样。
尽管不遵守交通法规可能不会导致交通事故,但风险将不可避免地增加。
EMC设计也是如此,不遵守规则可能会通过测试,但是如果不遵守这些规则,失败的风险也将不可避免地增加。
关键词:电磁兼容设计;铁路信号设备;应用引言目前,铁路运输已成为城市人口的主要交通工具。
在给出行带来便利的同时,它也成为城市中电磁干扰的来源电磁兼容性是指电子设备在其所在的电磁环境中运行的能力,不会对该环境中的其他电子设备造成干扰。
确保城市轨道交通的电磁兼容性是确保轨道交通可靠性的必然要求。
如果轨道车辆中电磁干扰过大,可能导致列车电子设备故障、通信网络频繁故障、电子部件损坏等。
因此,铁路交通的电磁兼容成为人们关注的焦点。
1电磁兼容设计概述电磁兼容性主要是指电子设备正常工作时,电力线中没有影响设备正常工作的电磁,即没有电磁干扰。
当电子设备处于电磁兼容状态时,电子电路、电子设备等不会受到影响或干扰,以确保电子设备的正常运行。
由此可见,电磁兼容性直接影响了电子设备的运行。
2产品设计2.1结构设计(1)屏蔽设计的关键是电气连续性,具有全封闭的金属壳体是最优化连续性的屏蔽体。
但是在实际应用中这一点很难实现,通常会存在出线孔、散热孔等,因此如何合理地设计散热孔、出线孔也是屏蔽设计的一大要点。
屏蔽体结构设计尽量保持简洁,除去必要的通风孔外,避免不必要的其他孔洞和额外的缝隙。
通风孔采用圆孔并阵列排放设计,避免开细长孔。
(2)屏蔽件对内部电磁波和外部的干扰电磁波均能起到吸收能量、抵消能量和反射能量的作用,因此屏蔽体具有降低干扰的功能。
中白2型机车布线电磁兼容设计刘净茹【摘要】为了提高中白2型机车布线的电磁兼容性水平,在设计初期,就对影响电磁兼容水平的重要因素之一耦合途径进行重点考虑,做到在干扰源处减少排放,在耦合处减少耦合,确保通过电磁兼容设计,避免因电磁干扰导致设备异常现象的发生,提高行车安全。
%In order to improve the electromagnetic compatibility level ofБКГ-2 locomotive wiring, the coupling paths which is one of the important factors affecting the level of electromagnetic compatibility are given due attention in the early design. Through reducing emissions from interference sources and coupling, the electromagnetic compatibility design avoids abnormal phenomena of equipment caused by electromagnetic interference and improves traffic safety.【期刊名称】《科技创新与生产力》【年(卷),期】2016(000)002【总页数】2页(P103-104)【关键词】电磁兼容;机车布线;屏蔽【作者】刘净茹【作者单位】中国北车集团大同电力机车有限责任公司,山西大同 037038【正文语种】中文【中图分类】U212.3中白2型机车是中国北车集团大同电力机车有限责任公司继中白1型机车之后与白俄罗斯铁路联盟签订的又一出口机车订单。
中白2型机车是在交流25 kV、工频50 Hz电网上,轴式为C0-C0,轨距为1 520 mm,最高运行速度为120km/h的单节交流传动干线货运电力机车。
浅析机车布线工艺摘要:基于机车布线工艺原则,重点阐述了机车在布线中应该考虑的电磁兼容、预布线工艺及如何实现机车布线工艺,完成工艺输出,以更好的指导现场施工,提高生产效率。
关键词:机车布线电磁兼容预布线1前言近几年来,通过引进、消化、吸收再创新,实现了我国轨道交通研发、制造业的快速发展,尤其在大功率交流传动电力机车的开发领域,取得了长足的进步,一改以往完全依赖进口的局面。
随着大功率交流传动电力机车的广泛应用,激烈竞争的市场对产品的质量保证能力和交付能力的苛刻要求,使得对线缆加工和敷设技术也提出了更高的要求。
2机车布线工艺要求机车布线是指机车各个电气设备之间,按电路要求用电缆、电线连接起来所形成的完整系统,使各个电气设备按逻辑控制,保证机车按指令工作。
机车布线作为机车实现功能的传输载体,在机车设计、生产中均占着举足轻重的地位,机车布线工艺的合理与否直接影响着机车安全性、可靠性,影响着机车的质量;现场机车布线是一个繁琐而又耗时的工作,机车上布线线缆有成千上万根,稍有不慎就会出现漏布或布错的可能,如何从布线工艺上减少这种状况的发生,提高工作效率,生产出高品质的机车,成为机车制造行业不懈的追求。
因此研究机车布线具有十分重要的意义,如何更好的把握当前电气布线,是对未来电气研究的一项重要挑战。
机车布线工艺原则:满足机车电磁兼容要求;最大化的实现机车预布线;确保机车电缆连接可靠,规范机车电缆、连接器、接线端子、端子排等的规格;机车布线应美观可靠,并便于检修维护;遵循机车布线相关标准。
2.1机车布线的电磁兼容性工艺电磁兼容的机理及措施:电磁干扰三要素及其关系如图1所示:图1 电磁干扰三要素及其关系模型干扰源:产生电磁干扰的源头,对于交流传动电力机车而言,主要为主变流器、辅变流器、110V充电器等。
偶合途径:耦合通道,空间耦合及传导耦合,主要表现为线线窜扰及辐射干扰。
敏感设备:主要指微机、网络控制设备和通信、信号设备,通常为弱电设备。
电气化铁路专用电力变流装置中的电磁兼容性研究电气化铁路是指使用电力作为动力源来驱动铁路车辆的一种交通方式。
为了实现这一目标,电力变流装置在电气化铁路系统中起着至关重要的作用。
然而,由于电气化铁路系统中存在着复杂的电磁环境,因此研究电磁兼容性对于确保电力变流装置的稳定运行以及整个电气化铁路系统的正常运行至关重要。
电力变流装置是电气化铁路系统中用于将供电网络中的交流电转换为适合电动车辆的直流电的关键组件。
在操作过程中,电力变流装置产生的电磁辐射以及对外界电磁场的敏感性可能会对其他电气设备以及通信系统产生不良影响,因此需要对其电磁兼容性进行深入研究。
首先,对电力变流装置所产生的电磁辐射进行评估是电磁兼容性研究的重要一步。
通过电磁场测量和数值模拟分析,可以获得电力变流装置在不同工作条件下的电磁辐射水平。
然后,根据国家和行业标准,评估其对周围设备和系统的电磁兼容性影响。
如果存在辐射超标的情况,需要采取相应的措施来降低辐射水平,例如优化变流装置设计、采用屏蔽材料等。
其次,要对电力变流装置的抗扰度进行测试和评估。
抗扰度是指电力变流装置对外界电磁干扰的抵抗能力。
通过将变流装置暴露在不同电磁干扰场强条件下,观察其性能是否受到影响,以及恢复时间等指标是否满足要求。
如果发现抗扰度不足的情况,可以优化装置的抗干扰设计,例如增加滤波器、提高接地性能等。
另外,电力变流装置还应该具备良好的互操作性,能够与其他设备和系统进行正常的通信和协调工作。
在电磁兼容性研究中,需要对变流装置与其他设备之间的通信接口进行测试和验证,确保其互联互通的可靠性。
如果发现通信故障或数据传输错误的情况,需要针对性的识别和解决问题,例如改进通信协议、提高接口标准等。
此外,通过电磁兼容性研究还可以对电力变流装置的功耗进行优化。
电气化铁路系统需要大量的电能来驱动列车运行,因此电力变流装置的效率至关重要。
通过减少电力变流装置自身的功耗损耗,可以提高整个系统的能源利用效率,降低运行成本,并对环境产生更少的影响。
机车用分电器的电磁兼容性分析与测试方法研究摘要:随着机车电气化技术的不断提升,机车电子设备的数量和复杂度也在逐渐增加。
为了确保机车电子设备在电磁环境下的正常工作,必须对机车用分电器的电磁兼容性进行分析和测试。
本文通过文献研究和实际测试,总结了机车用分电器的电磁兼容性分析与测试方法。
首先介绍了电磁兼容性的基本概念和国内外研究现状。
然后,详细介绍了机车用分电器的电磁兼容性特点,包括电磁辐射和电磁感应两方面。
接着,提出了一种基于理论计算和实测相结合的分电器电磁兼容性分析方法,并详细阐述了具体步骤和注意事项。
最后,介绍了机车用分电器的电磁兼容性测试方法,包括预先试验和最终试验两个步骤,并对测试结果进行分析和评价。
本文的研究成果为机车用分电器的电磁兼容性分析与测试提供了一种有效的方法,能够指导工程师们开展相关工作。
关键词:机车用分电器;电磁兼容性;分析方法;测试方法1. 引言机车是铁路交通系统的重要组成部分,而现代化的机车中大量的电子设备是确保机车正常工作的关键。
然而,机车工作环境中存在着复杂的电磁干扰,这对机车电子设备的正常运行和安全性提出了很高的要求。
因此,对机车用分电器的电磁兼容性进行深入研究和测试至关重要。
2. 电磁兼容性的基本概念和国内外研究现状2.1 电磁兼容性的定义电磁兼容性是指电气设备在电磁环境中,能正常工作并完成其预期功能,而不会对其它电气设备和系统产生不可接受的干扰。
2.2 国内外研究现状国内外学者对于电磁兼容性的研究已取得了很多进展。
其中,对于机车用分电器的电磁兼容性研究主要集中在电磁辐射和电磁感应两个方面。
电磁辐射研究主要关注分电器在电磁环境中产生的电磁波的强度和频率分布;而电磁感应研究则主要关注分电器在电磁环境中对外部电磁场的敏感程度。
3. 机车用分电器的电磁兼容性特点3.1 电磁辐射特点机车用分电器在工作过程中会产生电磁辐射,主要来自于电源线和开关设备。
电磁辐射会对周围的电子设备和通信系统产生干扰,影响其正常工作。
收稿日期:2008-06-16机 车 电 传 动ELECTRIC DRIVE FOR LOCOMOTIVES№5, 2008Sep.10, 2008 2008年第5期 2008年9月10日研究开发电磁兼容技术在机车变流器布线中的应用李国锋,王肃清(永济新时速电机电器有限责任公司,山西永济044502)作者简介:李国锋,(1967-),男,硕士,高级工程师,副所长,一直从事电力电子产品开发,目前主要负责HXD2电力机车主变流器技术引进及国产化工作。
摘要:依据产品开发过程中电磁兼容技术的常用理论,结合国际上先进水平的大功率变流器电磁兼容技术的设计概念和工艺方式,就国产化铁路机车变流器中各种电缆的布线设计及工艺进行分析,总结出布线过程中减少电磁干扰的方法。
关键词:电磁兼容;变流器;布线;制造工艺;HXD2电力机车中图分类号:TN03;U260文献标识码:A文章编号:1000-128X(2008)05-0027-03Application of EMC Technology in the Wiring for Locomotive ConverterLI Guo-feng, WANG Su-qing(Yongji Xinshisu Electric Equipment Co., Ltd., Yongji, Shanxi 044502, China)Abstract:According to the frequently used theory of EMC technology in product developing process and the globally advanced designing concept and technological mode of EMC technique employed in high power converter. The paper analyses the wiring design and technology of various cables in domestic railway locomotive converter and concludes the ways of reducing EMI wiring process.Key words:EMC; converter; wiring; manufacture technology; HX D2 electric locomotive0引言各种电气设备之间以电磁传导、感应和辐射等三种方式彼此关联并相互影响,在一定的条件下会对设备的正常工作和人体造成干扰和危害,20世纪80年代兴起的电磁兼容学科就是研究和解决这方面问题的。
电磁兼容EMC(Electromagnetic Compatibility )的基本任务是实现一个设备(或装置、系统)在其电磁环境中可靠地执行其功能,而又不向该环境中的任何实体引入不能允许的电磁扰动。
国际上铁路装备电磁兼容依据的主要标准是“IEC62236-3-1《铁路应用 电磁兼容 第3-1部分机车车辆 列车和整车》”和“IEC62236-3-2《铁路应用 电磁兼容 第3-2部分 机车车辆 设备》”,与此标准相对应的中国国家标准即将发布。
目前世界范围内技术先进成熟的机车用大功率变流器供应商主要是西门子、阿尔斯通、庞巴迪等,铁路装备现代化使这些供应商的变流器产品进入中国铁路市场,从这些产品上可以到处感受到电磁兼容技术的应用。
本文依据电磁兼容的基本设计概念,参考HXD2电力机车主变流器电磁兼容的应用成果,针对铁路机车大功率变流器布线设计和布线工艺中电磁兼容技术的应用进行初步分析。
1变流器布线的工程化方式大功率变流器属于一种包括数字信号与控制电路、模拟信号与控制电路、数字传输信号、高压大电流电路、电感性负载、半导体开关器件、带有机械触点的接触器等内容的复杂电气装置,其中低压电路部分对电磁干扰敏感度高,抗干扰能力较弱;主电路部分则是强电磁干扰源。
性能稳定的变流器产品必须综合考虑各部分的电磁兼容性,而电缆的布局设计及制造工艺则是保证变流器产品电磁兼容性能的关键环节。
一—27—机 车 电 传 动2008年方面不良的布线是干扰的产生源,另一方面又是干扰传导输入的主要通道。
变流器工程化过程中布线的电磁兼容技术主要体现在以下2个方面。
①设计阶段。
一般在产品设计过程中就要充分考虑产品的电磁兼容要求,仔细预测各种可能发生的电磁兼容问题并针对性地采取措施,最好对设计结果用电磁兼容分析软件进行仿真分析并进行设计优化。
在设计阶段综合采取各种电磁兼容措施,包括总体电路改进、布线结构改进、电缆材料改进、工艺改进等,使电磁兼容的问题可以在最优的技术方案和成本条件下解决。
通常能在正式产品完成之前解决90%的电磁兼容问题[1]。
②制造工艺方面。
目前标准化布线已经成为变流器布线的标准作业方式,从电磁兼容性要求考虑,标准化布线作业有利于各种工艺的执行。
2电缆的选型和分类设备上的电缆是主要的辐射源,电缆的选型、走线方式和位置与电磁兼容效果有很强的相关性,不同的电缆敷设导致电磁兼容性能的差异很大。
变流器在布线设计时应考虑电缆选型及电缆分类。
电缆选择主要是根据电缆的功能要求,依据标准并借鉴经验完成。
HXD2电力机车电气装备中电缆的设计选择依据标准是NFF61-012《电导体和电缆的选择原则》;国内铁路机车车辆装备中电缆的选择标准是TB/T3153-2007《铁路应用 机车车辆布线规则》。
布线时根据各种电缆的敏感度注意区分,尽量避免相互间的影响。
参考欧洲铁路电气设备设计思想,一般情况下对各种电缆的分类如下:第一类:视频和音频信号类电缆,属于高频类传输信号电缆;第二类:各类网络电缆,传感器电源及信号电缆;第三类:门极驱动信号电缆;第四类:低压控制信号电缆,包括逻辑信号及电源、继电器和接触器控制电源接线等;第五类:高压主电路电缆(如变流器包含机车辅助系统主电路电缆,则也属于这一类);第六类:其他特殊电缆。
3电缆的空间布置①在变流器方案设计时,不同类别的电缆不仅要严格区分,在空间隔离距离上也要满足表1要求,因为一定的距离可以降低或忽略电缆之间的电磁感应影响。
图1为HXD2电力机车主变流器的布线示例,图中不同电缆、束合电缆的分类、隔离距离非常明确。
当电缆敷设出现相交时,则尽可能选择垂直相交的方式,这样可以最大限度降低电缆之间的相互干扰。
②空间条件受限制时,不能保证电缆的隔离距离,此时可以增设屏蔽罩来解决。
HXD2电力机车主变流器中基本采用型号为z320GD+Za275的GANFAL金属板做为屏蔽罩材料,实现空间电磁波的吸收和反射。
屏蔽罩对空间电磁波的吸收损耗为式中 :f——频率,MHz; ——屏蔽罩材料的导电率;t——屏蔽罩厚度。
屏蔽罩对于电场的反射损耗为—28——29—李国锋,王肃清:电磁兼容技术在机车变流器布线中的应用 第5期②减少地环路面积。
具有屏蔽层的电缆当屏蔽层端部接地时和地线形成了地环路,屏蔽层对电场的屏蔽效果比较明显,但对磁场的屏蔽作用与地环路环面积有关。
布线设计时除了减小地线阻抗可以减小地环路问题外,将电路连线尽量靠近地线,减小地环路的面积,可以降低外界磁场在地环路中产生的干扰强度。
5电缆的端部连接①变流器中各种电缆的连接过渡也称为搭接,搭接就是电缆导体之间的低阻抗连接。
屏蔽体上的良好搭接会避免产生缝隙泄露。
搭接属于一种实用工艺。
理想的搭接方式是焊接,特别是熔焊;用螺钉或铆钉实现搭接也可以保证连接处的可靠性;对于非永久性搭接,可以采用电磁材料衬垫进行搭接。
②对于高频电磁波环境,屏蔽电缆的屏蔽层要求与屏蔽参考地间实现360°搭接,因为屏蔽层360°搭接电感最小,减小接地阻抗。
HXD2电力机车主变流器中所有的屏蔽电缆接地全部采用专用工艺实现熔焊搭接。
③在各类电缆连接端子的接头布置上,尽可能将不同类别的电缆布置在不同的连接端子上,不能分开时,同一连接端子要注意分区布置,尽量降低相互间干扰的概率。
④在湿热环境下,电化学腐蚀使金属接触面氧化,接触电阻增加,阻抗增大,降低设备的电磁兼容性能。
变流器中的各种电缆,除自身的电磁兼容措施外,还要注意终端连接过渡处配套部件材料和工艺的选择,提高接头处的抗电腐蚀能力。
6结束语电磁兼容设计在我国铁路装备应用中是一门崭新的学科,很多测试方法或定量分析还需要我们进一步去摸索和探讨,很多新的电磁兼容性设计方法还需人们去摸索。
本文所涉及的一些电磁兼容设计的知识极为肤浅,内容只是冰山一角,希望我们共同努力,不断完善和提高机车变流器产品的电磁兼容性能,促进铁路机车装备现代化水平的提高。
参考文献:[1]信息产业部.电子产品电磁兼容技术[M]. 北京:信息产业部,2002.[2]姚世全.电磁兼容标准实施指南[K].北京:中国标准出版社,1999.[3]Gotoblue. 电磁干扰的屏蔽方法[OB/OL]. 微波技术网,2006.图6采用策略C时电机启动过程仿真结果本文仿真系统是建立在理想的电机和逆变器基础之上,还需要根据实际的电机和逆变器模型,进一步研究同步给定转矩和磁链之间的最佳匹配,以进一步降低峰值电流,并缩短电机启动时间。
另外一个工作就是优化仿真模型,提高求解精度,缩短模型仿真时间。
参考文献:[1]Macbahi H,Ba-razzouk A,Xu J, et al. A unified method formodeling and simulation of three phase induction motordrives[A]// Electrical and Comput-er Engineering[C]. 2000: 345-349.[2]张大勇.我国机车电传动技术的发展[J].机车电传动,2007(3):1-4.[3]Wei x, Chen DY, Zhao CY. Mini-mization of torque ripple of direct-torque-controlled induction machinesby improved discrete space vectormodulation[J]. Electric PowerSystems Research, 2004, 72(8):103-112.[4]Kang JK, Sul SK.New direct torquecontrol of induction motor forminimum torque ripple and constantswitching frequency[J]. IEEE Trans.Ind. App1.,1999, 35(5): 1076-1082.[5]冯江华, 陈高华,黄松涛.异步电动机的直接转矩控制[J].电工技术学报,1999,14(3): 29-33.[6]Dunding Zuo, Hiyama T, Funakoshi T, et al. Detailed modelingand simulation of adjustable speed generator in Matlab Simulinkenvironment[J]. Proceedings on Power Engineering SocietySummer Meeting , 2000, 4:2520-2524.[7]顾德英,季正东,张平.基于SIMULINK的异步电机的建模与仿真[J].电力系统及其自动化学报,2003,15(2):71-73.[8]李夙.异步电机直接转矩控制[M].北京:机械工业出版社,1994.[9]TAKAHASHI I,NAGUCHi T.A new quick response and highefficiency strategy of an induction motor[J]. IEEE Trans onInd. Appl.,1986,22(5): 820-827.(上接第26页)。