轨道交通电磁兼容性中的铁氧体磁环运用研究

陈龙

摘 要 介绍铁氧体抗干扰磁环的作用原理，分析铁氧体磁环的选择，阐述轨道交通电磁兼容性中的铁氧体磁环运用，DCll0V输出电压传导噪声发射在1.5MHz位置处比额定数值高20dB，铁氧体可抑制SIV电源输出电路的骚扰发射，符合了EN50121-3-2标准规定，操作便捷，无须接地，运用效果良好。

关键词 轨道交通;电磁兼容性;铁氧体磁环;滤波

目前地铁等轨道交通建设过程中大量运用了电磁兼容（EMC）设计方式，设计中包含了电气部件、车辆设计两大部分，在设计过程中要求将这两方面有效联合，完成最终的电磁兼容工作。其中防止干扰的重要方式之一为滤波，滤波的常见器件为铁氧体磁环。

1轨道交通电磁兼容性中铁氧体抗干扰磁环

轨道交通设计过程中，铁氧体抗干擾磁环的运用能够有效解决信号线、电源线、连接器等使用过程中的干扰抑制现象，能够起到低通滤波器的作用，为新型的干扰抑制器件。优势较为明显，运用中只需要将其套在被保护线路上。能够有效抑制高频干扰，结合了铁氧体磁环对高频干扰的阻抗。目前在电磁兼容设计中运用较为广泛。将铁的氧化物与锌、镍、锰、钴等粉末状金属混合，经高温烧结及挤压后，出现陶瓷晶体。烧制时间、温度以及添加的金属成分共同影响着铁氧体材料的电磁性[1]。

2轨道交通电磁兼容性中的铁氧体磁环的应用

铁氧体材料阻抗包括电阻、感抗两个构成，均与频率相关。在频率增加的情况下，磁导率也会随之而降低，运用中能够感抗增长势头。高频段下阻抗变大，此时抗阻的主要成分为铁损。在磁性材料运行中，存在高频能量时，电阻性分量会将能量通过热能散发。由此构成最终的低通滤波器，降低了高频噪声信号，但是其中产生的低频有用信号的阻抗影响不大，可不计，此时电路可正常运行[3]。

城市轨道交通施工过程中对电磁发射影响最大的设备为SIV静止逆变器、牵引系统牵引逆变器，对车辆电磁兼容性能具有直观的影响。例如某轨道交通中，由于两个逆变器电磁兼容性不符合EN50121-3-2标准中的骚扰发射要求，由此干扰了车辆上的信号系统中的应答天线，影响了列车自动驾驶系统的正常工作。同时整车电磁兼容性能不符合EN50121-3-1标准中的相关规定。

图1 DC110V输出回路

SIV静止逆变器输出电压DC110V、AC380V，输入电压数值为DC1500V。运用过程中，对SIV逆变器使用电容进行滤波处理，完成之后可改善电磁兼容性，但是在运用过程中距离EN50121-3-2标准仍然有一定差距。在测试过程中，没有运用铁氧体磁环，AC380V输出电压传导与数值规定之间存在一定差异。7MHz频率下，与规定数值相比，高出20dB。见图1。

在未运用铁氧体磁环的情况下，DCll0V输出电压传导噪声发射情况与既定数值之间也存在着较大的差异，在1.5MHz位置处比额定数值高20dB。铁氧体抑制元件应用电路见图2[2]。

图2 铁氧体抑制元件应用电路

此次研究中，应用铁氧体的等效电路见图3。在该图中，ZL为负载阻抗，ZS为源阻抗，Z表示铁氧体抑制元件的阻抗。

E1、E2分别表示磁环运用前后ZL电压。

磁环对噪声衰减作用可表示为下式：

A=201g（El/E2）=201g（Zs+z+ZL）/（Zs+ZL）

从该式中能够看出，在负载阻抗ZL与信号源内阻ZS之间和较小时，铁氧体的等效阻抗Z也随之增大，此时具有更好地抑制高频干扰的效果。

由此可见，铁氧体增加之前SIV的DC110V输出电源线、AC380V输出电源线之间具有共模干扰，由此在运行过程中，可以在AC380V输出线vK2、0线、UK2、WK2中加入2个铁氧体，并在110V直流正负线中添加2个铁氧体。能够看出，铁氧体的运用可有效抑制SIV电源输出电路的骚扰发射。

3结束语

城市建设过程中对轨道交通建设发展提出了更高的要求，轨道设计过程中要求进行必要的抗干扰处理。铁氧体磁环器件的运用能够达到良好的抗干扰作用，铁氧体的运用可有效抑制SIV电源输出电路的骚扰发射。

参考文献

[1] 叶云燕.基于软铁氧体磁芯构建低通滤波器是实现电磁兼容的重要举措[J].磁性元件与电源，2018（11）：151-156.

[2] 高凡夫，谭向宇，梁志瑞.铁氧体磁环抑制550kVGIS中的特快速暂态过电压的试验研究[J].高压电器，2018，54（10）：132-136，144.

[3] 周平章，刘凯，陈学平.宽带电源滤波器设计及可靠性改进[J].磁性材料及器件，2018，49（1）：55-57，63.