高速动车组牵引变流器侧板材质对电磁兼容的影响

解鹏 黄树刚 杨玺

摘   要：对外射频骚扰试验是动车组整车试验中较为严苛的一项试验，对牵引变流器这类发射源电磁波的有效抑制是通过整车试验提高整车可靠性的有效方式。在通过更改接地方式、优化软件算法等方式整改无效后，最终通过改变箱体屏蔽板材质来提供屏蔽效能以满足试验要求，保证产品高可靠性。本文介绍一种通过改变箱体材质来提高屏蔽性能的方案。

关键词：牵引变流器  侧板材质  对外射频骚扰

中图分类号：U266                                  文献标识码：A                        文章编号：1674-098X（2019）04（c）-0102-02

我国对电磁兼容有较为严格的规定，牵引变流器内部IGBT功率器件的开通和关断产生主要的电磁发射源，这些电磁干扰会对轨道电路通讯频率、电视信号等造成干扰，对电磁干扰进行抑制，可有效提高机车车辆及动车组的电磁兼容性能[1]。

1  概述

动车组对外射频骚扰测试方法为在距动车组运行轨道中心10m的位置，架设环形磁场测试天线，测试动车组于牵引、再生制动工况产生的 150kHz～1.1MHz 对外部的射频骚扰。运行工况是指：动车组以 50±10km/h 运行，当经过测量天线时，电动车组在给定速度范围内以约为其最大牵引力的 1/3 加速或减速[2]。在一次高速动车组对外射频骚扰试验中发现，整车对外辐射在790kHz超标，通过多种整改方案后，确定屏蔽方式是易于实现的整改方案。

屏蔽效能反映一个屏蔽体的屏蔽效果，屏蔽效能越大效果越好。牵引变流器目前的盖板是厚度为 3mm铝材质，这样的盖板现状不能有效屏蔽 150kHz-1.1MHz 产生的辐射干扰。从屏蔽效能的理论计算出发，可以计算出其他材质和铝材质的屏蔽效能定量关系。通过对钢和铝屏蔽效能的计算来确定是否需要重新加工钢制侧板来增加变流器屏蔽性能[3]。

2  钢和铝材质屏蔽效能计算

屏蔽效能由三部分组成：反射损耗、吸收损耗、多次反射损耗。

2.1 反射损耗比对

2.1.1 反射损耗计算公式

，其中：ρ12=，ρ21=

本項目中因为790kHz频率时电磁辐射超标，可以确定工况为近场磁场为主，所以反射损耗公式表示为：

2.1.2 钢和铝反射损耗对比

2.1.3 对比结论

由对比可知钢的反射损耗比铝的小，从反射损耗角度分析，没有必要更改侧板材质。

2.2 钢和铝的吸收损耗比对

2.2.1 吸收损耗计算公式

屏蔽体的吸收损耗A表示为

中：t为屏蔽板的厚度，δ为趋肤深度，铝为0.003，钢为0.0003。

2.2.2 比对及结论

经对比分析，用钢做盖板其吸收损耗在790kHz处是铝的10倍。

2.3 多次反射损耗比对

因为实际测量中，吸收损耗远远大于 10dB，所以多次反射损耗B可以忽略。

SE钢=R钢 +A钢 +B钢 ≈103.158+86900=87003.158

SE铝 =R铝 +A铝 +B铝 ≈143.34+8690=8833.34

对比结果：

分析结论：经过两种材质屏蔽效能的比对，发现如果侧板更换为钢板后屏蔽效能能够达到铝板作为侧板的 10 倍。由前期测试结果可知，790kHz时检测波形超过标准值约10dB，更换为钢材质的侧板后，可以满足试验要求。

3  整改结果

重新加工并更换侧板板材后进行测试，在790kHz波形和国标规定值有10dB的余量。满足整车试验大纲的测试要求。更换侧板后的测试结果如图2所示。

4  结语

动车组对外射频骚扰试验是最近几年被逐渐重视的研究方向，由于测试时动车组已经是整车状态，确定干扰源及整改难度均较大。此次整改先后经历整车测试定位干扰源、整改整车接地情况、更换动车电缆线为双端接地线等步骤均无明显效果后，经过计算确认通过改善侧板材质以改善屏蔽效果的方式解决此问题。

参考文献

[1] 周文颖，逯迈，陈博栋.地铁列车司机室高频电磁暴露安全性评估[J].中国铁道科学，2015，36（5）：116-121.

[2] GB/T 24338.3-2009轨道交通 电磁兼容 第3-1部分：机车车辆 列车和整车[S].北京：中国标准出版社，2009.

[3] 孟进.基于IGBT开关暂态过程建模的功率变流器电磁干扰频谱估计[J].中国电机工程学报，2005（10）：16-18..