轨道交通车辆辐射测试超标问题分析

陈思　刘晓晶

摘 要：本文介绍了影响车辆辐射发射干扰因素中共模干扰和差模干扰的概念，同时对辐射超出限值的整改方案进行分析，并结合实际项目给出了方案的应用效果，为辐射超标类似问题的整改提供了参考。

关键词：轨道交通车辆;辐射发射;接地电容

1 轨道交通车辆辐射测试背景

电磁兼容是指设备或者系统在其电磁环境中，能够正常工作且不对该环境中任何事物构成不能承受的电磁骚扰的能力。

在轨道交通领域，尤其是轨道车辆，运行的线路以及线路周边的电子、电力设备系统构成了列车运行的电磁环境;而轨道车辆在运行过程中会通过空间辐射和传导骚扰等方式对轨道设备及轨旁设备形成电磁骚扰，如果骚扰值超过了电磁兼容相关标准中规定的限值，就很可能会降低其运行的可靠性和安全性，从而影响列车正常的运营安全。

本文主要对辐射发射的干扰因素进行分析，并结合实际轨道车辆项目中的案例来进行具体分析和阐述。

2 影响车辆辐射发射的干扰因素

通过导线载流形成的电磁骚扰有两种方式：共模（differential mode）干扰和差模（common mode）干扰[1]，它们同时也是车载设备形成辐射骚扰的重要原因。

车载设备的电缆通常都是由两根导线组成，作为往返传输电力和信号的传输通道;此外还有另外一个导体的存在，那就是“地线”。假如两个导线的等效阻抗分别为Z1和Z2，其终端所接的负载等效阻抗为Z，那么两个载流导体之间的电位差就是形成差模干扰的根本原因。在差模电压的影响下，会形成了两种方向相反，大小相等的差模电流：。如下图（左）所示：

共模骚扰定义为任一载流导体与参考地之间的电压差，这种电压的形成主要通过感应的方式。通常情况下，作为往返通道的另两个载流导体之间的间距会非常的近，因而两根导线与地分别形成的感应骚扰电压大小相当，方向相同。共模电压在导体与地之间形成的电流实际上是位移电流，通过导体与大地之间的分布电容流向大地。

在实际工程应用中，两个导线之间的距离不可能做到理想状态，所以共模电流，负载两端会产生压差从而影响设备的性能和稳定性。平衡电路中，导线上共模骚扰电流不会对与之相连的设备造成太大影响，由于电流方向一致，会在设备附近形成比差模骚扰大得多的场强，进而通过近场耦合或者辐射的方式影响其他敏感设备[2]。共模电压与共模电流分析详见示意图1（右）。

共模电流会在导线附近产生较大的场强，尤其是在电压变化率较高的含有电力电子功率器件的电路中，这种现象更加的明显。电压的快速变化和寄生电容之间发生作用形成高频振荡，并通过空间场的方式辐射出去，对周边的设备和设施形成不利影响。而接地电容的存在可以将共模电流形成的干扰就近与大地相接，从而在传输途径上对骚扰起到了抑制作用。

3 案例分析

在某城市轨道交通车辆项目的辐射发射测试中，遇到了辐射值超标的情况，经过故障初步排查，确定最大的辐射源为牵引设备，具体测试的超标情况（绿色为环境背景噪声，蓝色为实测值）如下：

4 初步方案及验证测试

根据以往的项目经验，经过初步的故障排查和分析，在整车辐射发射中低频段限值超标的现象，主要是由牵引设备的输入端和车体地之间的共模回路导致的，而原有的接地设计并不能够很好的抑制共模干扰，通过改变接地电容的阻抗特性，可以有效地抑制整车辐射干扰。

由原始测试数据分析可知：超标频点主要集中在80 kHz～100 kHz，而整个优化的设计方案也是围绕调节滤波参数来实施，从而降低超标频点处的辐射场强。

通过设计分析，初步定为将原有的1 μF电容组件替换为10 μF与1 μF电容并联的接地排方案，经牵引供应商的仿真分析，电容组件更换后接地阻抗特性发生变化如下：

采用电容并联接地排方案后，80 kHz附近的阻抗下降明顯，而160 kHz～260 kHz附近阻抗有所上升，经过多次方案的调整和复测，发现此频段阻抗的上升并未导致明显的辐射场强变化;换言之，就是采取一个相对折中的方案，在辐射超标频段上明显降低阻抗特性，而在不敏感频段或者距离限值有较大裕量的频段上作出适当让步，从而使车辆的整体辐射特性满足标准要求。整改后复测数据如图4。

数据结果表明，在80 kHz～100 kHz频段上辐射场强值有比较明显地降低，验证了之前阻抗特性分析的曲线，这次更换电容组件的优化整改方案取得了显著的效果。

5 总结

随着国内经济的发展，越来越多的城市都新建了轨道交通线路，轨道车辆电气设计的复杂性使得电磁兼容的问题时有发生，因而电磁兼容问题的整改工作也逐渐成为轨道车辆电气设计师需要关注的重点内容。

参考文献：

[1]邹澎，周晓萍.电磁兼容原理、技术和应用[M].北京：清华大学出版社，2007.

[2]闻映红，周克生，崔勇，等.电磁场与电磁兼容[M].北京：科学出版社，2010.