牵引变流器箱体电磁泄漏及电磁屏蔽设计研究

余　俊， 陆　阳， 陈　波

(1　北京纵横机电技术开发公司， 北京 100081；2　中国铁道科学研究院　机车车辆研究所， 北京 100081)



牵引变流器箱体电磁泄漏及电磁屏蔽设计研究

余俊1， 陆阳2， 陈波2

(1北京纵横机电技术开发公司， 北京 100081；2中国铁道科学研究院机车车辆研究所， 北京 100081)

分析了牵引变流器电磁辐射治理的必要性，结合变流器箱体机械结构，完成了变流器箱体电磁泄漏测试，并对试验数据进行分析，对电磁泄漏严重的测点进行排序，提出了电磁屏蔽设计建议，为变流器箱体电磁屏蔽结构设计提供设计参考。

牵引变流器； 电磁干扰； 电磁屏蔽

机车、动车组及地铁列车整车试验主要针对轨道车辆进行两类电磁骚扰测试：(1)9 kHz～1 GHz 动车组、机车、城轨列车对外射频骚扰试验：该试验为IEC 61133-2-2006《铁路设施—铁路车辆—车辆组装和运行前的整车试验》中规定的型式试验项目，即所有列车必须通过此项试验，才能顺利获得合格证。(2)0～20 kHz动车组、城轨列车车内电磁环境测试：该试验参考TB/T 3351-2014《动车组内低频磁场限值与测量方法》。

在2000年8月4日因为西门子Eurosprinter1116型速度230 km/h快速货运机车及动力集中客运动车组上线后对轨道电路引入了电磁干扰，该机车进入德国铁路的许可证被取消了好几个星期。

变流器这种大功率变压变频电力电子器件是动车组、地铁车辆及机车主要电磁辐射源之一。对变流器电气设计、机械结构设计的优化有益于变流器本身的运行、有益于降低轨道车辆对道旁设备及居民信号设备的不利影响、有益于减少因辐射造成的司乘人员健康危害。

1　牵引变流器电磁辐射治理的必要性

1.1射频干扰治理的必要性

动车组对外部的9 kHz～1 GHz电磁辐射骚扰，虽然不至于影响道旁工业、居民电气设备的正常运转，但对道旁信号设备、居民无线电台及影音信号设备的影响是非常可观的。通过型式试验数据的分析可知，动车组对道旁10 m处的射频干扰信号强度超过无线广播电视信号(AM、FM广播、电视伴音信号)强度的10倍以上，直接影响到居民收视收听效果。

其次，型式试验是必做试验，也是必须达标的试验。所以，变流器制造商在研发阶段注意电磁兼容设计可以节约后续整改消耗的人力物力成本。

1.2低频磁场辐射治理的必要性

动车组内电磁辐射是大众持续关注的问题。美国和德国的相关研究表明：长期暴露在 0～20 kHz的低频磁场辐射环境中的人群，癌症发病率、不孕不育症发病率、神经衰弱、老年白内障发病率比其他人群高。并且，超剂量的0～20 kHz磁场辐射有导致心脏起搏器和电动轮椅停止工作的风险。

同样，车内的电磁辐射测试已经加入了中国铁路总公司动车组研究性试验中，不排除未来该项试验的重视程度会提高。而且国家已经发布了GB8702-2014《电磁环境控制限值》对职业和公众暴露有强制性的电磁发射限值要求。

2　牵引变流器电磁泄漏测试及分析

2.1牵引变流器电磁泄漏测试

(1) 试验概况

试验部件：某厂家牵引变流器；

测试项目：电磁泄漏测试；

测试环境：中国铁道科学研究院东郊分院交流传动国家重点试验室。

(2) 试验设备

EMI接收机，近场探头。

(3) 试验方法

牵引变流器控制电机模拟动车组以(50±10) km/h运行，陪试牵引变流器调节陪试电机提供被试电机约最大牵引或电制力1/3的负载转矩。

在牵引变流器底板缝隙，2个侧板每个箱门，前面板四象限输入电缆、前面板电机电缆等处，使用近场探头测试30～230 MHz电磁泄漏。

2.2试验现场照片及变流器箱体结构(图1～图6)

交流传动试验台包含完整的牵引组合系统，即25 kV单相交流电源、牵引变压器、被试牵引变流器、陪试变流器、被试电机、传动试验台及陪试电机[1]。

牵引变流器部件在机械结构上分为箱体主体、2个侧板、背板、进出线板以及底板。各板与箱体采用整体焊接结构。

图1　异步电机背靠背、交流能量互馈系统原理图

图2　试验室现场照片

2.3测试结果及数据分析

由于测试数据量大且受篇幅限制。本文给出典型电磁泄漏测试点数据，如图7～图10所示，紫色线为电磁泄漏信号，黄色线为背景噪声。

图3　被试牵引变流器总体结构图

图4　牵引变流器进出线板正视图

图5　牵引变流器背板正视图

图6　牵引变流器底板正视图

图7　牵引变流器底板正视图

图8　进出线板-电机电缆现场照片+测试数据

图9　进出线板-牵引控制单元航插现场照片+测试数据

图10　进出线板-焊缝现场照片+试验测试数据

在30～230 MHz测试频段内，按照牵引变流器各箱门及进出线口的电磁泄漏严重程度排序，找出4个泄漏最严重的测点，见表1。

表1　泄漏最严重的4个测点

3　变流器电磁屏蔽设计建议

在变流器设计中，变流器侧门的密封圈为绝缘体。而近场电磁屏蔽的必要条件是采用高电导率的金属屏蔽体，并且进行良好接地[2]。所以应当考虑：(1)将绝缘密封圈更换为导电衬垫或导电橡胶。(2)将门缝处的绝缘漆去除，并保证导电橡胶良好地与箱体金属面接触。

目前能制成纤维的金属有铝、铁、铜、钼、铅和钨。市场上最常用的是铝纤维、不锈钢纤维和铜纤维。可参考表2对屏蔽材料进行选择。

底板处四边开了6～8个螺栓孔，该部分主要为孔隙泄漏。电磁泄漏程度与接触面的表面粗糙度、开孔大小有关。在加工底板时，注意底板与变流器接缝处4个边的表面加工精度，降低表面粗糙度，以保证底板与变流器箱体的良好连接。

底板和变流器接缝处可考虑去除变流器箱体接缝处的绝缘漆，并在底板处增加导电橡胶或者导电布,螺孔处可加铜网。

正面进线板电磁泄漏最大，因其不仅开了20多个螺孔，而且还有20多个进大线孔。进线孔处应当增加金属导线管，并保持与正面板的密封。

表2　几种常见屏蔽材料的性能

4　结束语

电磁屏蔽技术是电磁兼容技术的一个重要组成部分，是抑制电磁辐射干扰的重要手段。本文分析了牵引变流器电磁辐射治理的必要性，结合变流器箱体机械结构，完成了变流器箱体电磁泄漏测试，并对试验数据进行分析，对电磁泄漏严重的测点进行排序，提出了电磁屏蔽设计建议，为变流器箱体电磁屏蔽结构设计提供设计参考。

[1]李伟，张黎. 铁道牵引交流传动试验台的发展[J].铁道机车车辆，2008,28(S1)121-124.

[2]刘顺华.电磁波屏蔽及吸波材料[M].北京：化学工业出版社,2007年.

Research on the EMI Leakage of Traction Converter and Electromagnetic Shielding Design

YUJun1,LUYang2,CHENBo2

(1Beijing Zongheng Electro-Mechanical Technology Development Co., Beijing 100081, China;2Locomotive & Car Research Institute, China Academy of Railway Sciences, Beijing 100081, China)

The necessity of Governance of traction converter EMI leakage was analyzed in this article. The EMI leakage of traction converter was tested combined with mechanical structure. Moreover, this research analyzes the test data and ranks the leakage severity of all test point. Lastly, this article provides advices of EMC design and summarizes the methods of Mechanical Design for traction converter.

traction converter; EMI; Electromagnetic shielding

1008-7842 (2016) 03-0134-04

男，工程师(

2015-12-18)

U264.3+7

Adoi:10.3969/j.issn.1008-7842.2016.03.30