轨道车辆电磁兼容试验标准及其应用研究

来源:用户上传      作者:

　　摘  要：随着现代交通运输事业的发展和高铁事业的蓬勃发展，轨道车辆的电磁兼容性设计之于轨道交通具有重要的应用价值。基于电磁兼容性（以下简称EMC）技术在轨道车辆实际工作环境中发生的一些骚扰和干扰，严格轨道交通设备的电磁兼容测试试验标准而设计出的提升EMC性能的方法，在轨道交通设备如计轴系统、信号系统、站台门系统、电源系统等大型设备中通过应用电磁兼容全项试验标准，尽可能地在应用领域为提升车辆性能提供助力。
　　关键词：轨道车辆  电磁兼容  试验标准  应用
　　中图分类号：TL362           文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2020）07（a）-0083-03
　　Abstract： With the development of modern transportation and the vigorous development of high-speed rail， electromagnetic compatibility design of rail vehicles has important application value for rail transit. Based on some disturbances and interferences caused by electromagnetic compatibility （EMC） technology in the actual working environment of rail vehicles， the method for improving EMC performance is designed by strict EMC test standards for rail transit equipment. Through the application of EMC full test standards in large-scale equipment such as axle counting system， signal system， platform door system and power supply system， the method can provide assistance for improving vehicle performance in the application field as much as possible.
　　Key Words： Rail vehicles; Electromagnetic compatibility; Test standard; Application
　　1  轨道车辆电磁兼容试验标准概述
　　在轨道车辆结构设计中，电磁兼容即EMC（Electro magnetic Compatibility）作为设计环节的重要一环，成为提升车辆性能的关键性指标[1]。依照轨道车辆电磁兼容试验标准，内容涉及静电放电抗扰度试验（GB/T24338.4-2018，IEC62236-3-2：2018轨道交通 电磁兼容 第3-1部分：机车车辆 设备），射频电磁场辐射抗扰度试验（GB/T24338.4-2018，IEC62236-3-2：2018轨道交通 电磁兼容 第3-2部分：机车车辆 设备），电快速瞬变脉冲群抗扰度试验（GB/T25119-2010，IEC60571：2012机车车辆电子装置），浪涌（冲击）抗扰度试验，工频磁场试验，电压暂降、短时中断和电压变化抗扰度试验，传导骚扰试验，阻尼振荡电压试验，辐射发射试验，传导干扰试验，辐射干扰试验（IEC60571：2012轨道交通 机车车辆电子装置）……
　　2  轨道车辆电磁兼容的实验标准应用细则
　　电磁兼容是轨道车辆设计的核心技术，也是在系统性、分系统性、设备中对其共存状态相互协调统一的结果，整体上对提升电磁抗干扰性能，降低外界噪声等对轨道车辆引发的故障，具有突出的作用。
　　在共同的电磁环境中能协调地完成各自功能的共存状态。电磁兼容设计是通过提高产品的抗电磁干扰能力以及降低对外的电磁干扰，避免由于干扰导致的产品故障，从而提高产品的可靠性。电磁兼容设计一般需要从抑制干扰源、切断干扰传播途径等方面进行设计。期间技术标准在CE（欧共体安全认识标志）、RE（Radiated emission，电磁波干扰）、ESD（Emergency Shutdown Device，紧急停车系统）、RS（racingsport，赛车运动）、EFT（Electrical Fast Transient），抗干扰技术）、SURC（Einterference，e，干擾源）、CS（Conducted Susceptibility，传导抗扰测试）、阻尼震荡波（测试电压范围：10kV～22kV;试验过程无静态直流，无损交联电缆;局放检测符合IEC60270标准，即国际电工委员会标准）[4]。请在确认这段话
　　2.1 应用目标
　　轨道车辆电磁兼容性问题试验标准的统一性及其适用性，对提升轨道车辆性能和使用寿命、缩短产品开发成本和时间，具有重要的意义。应用环节，基本的信号接地、电源接地以及电磁兼容接地等基地设计;设备可能出现的干扰源，采取屏蔽或者滤波方式加以优化。
　　2.2 应用情况
　　在轨道车辆发展的第三次革命中，智能控制下的轨道车辆，在控制内容上细化到驾驶员信息、控制引擎、避撞监测和避碰、执行线控刹车和转向、车内环境的全方位、智能控制中去。以通用嵌入式硬件电子平台为例，应用于轨道车辆电子电路中，需充分考虑电磁兼容性设计中的软件功能、硬件功能、车型功能。其中，通用式嵌入式电子平台设计中，严格电磁兼容性实验标准，设计出系统级芯片（SoC）半导体器件，具有减少元件数量、缩小占位空间的效能，对电子平台研发具有广泛的适用性价值[5]。 　　2.3 实验标准前的电磁兼容性问题
　　受轨道车辆电子产品数量的增加和复杂电子模块在整车中布局的增加，电磁兼容性设计中面临着愈加严峻的挑战。相关问题主要包括降低电磁易感性（EMS），以保护电子产品免受其它电子系统（如移动电话、GPS或信息娱乐系统）的有害电磁辐射影响;免受电源电压大的瞬间变化、重负载或感性负载（如车灯和启动机）等恶劣汽车环境影响;就可能引发电子电路产生影响的EME控制到最低[6]。
　　2.4 应用环节的核心问题
　　轨道车辆EMC要符合基本电磁兼容性標准，将测试结果作为汽车设计的主元素来强化。符合性测试的标准化，需从IC设计、PCB量产、模块实现、整车设计全过程上融入EMC问题的基本设计方略。最大程度地以模块级检测项目来设计出预符合性测试和IC级测试的标准化产品[7]。
　　轨道车辆需设计出符合EMC的IC（Integrated Circuit集成电路）和模块，内容包括EME IEC 61967和IEC 62132标准针对150kHz到1GHz范围的辐射型、电磁免疫性（抗电磁干扰性）和传导型电磁发射测量;针对公路车辆引起的传导和耦合电气干扰测量的瞬态标准 ISO 7637[8]。
　　对于系统设计工程师而言，要确保SoC（系统级芯片）和最终模块满足EMC的IC（Integrated Circuit集成电路）和模块标准要求[9]。需转变传统SPICE模型为Verilog-A/AMS来提高系统级别的仿真验证速度。通过电场建模，来提升试验标准运用价值，原因在于1GHz信号波长30cm>IC尺寸，且辐射型发射和易感性可从印刷电路板和电缆上的有效天线上加以改善。
　　3  结语
　　EMC试验标准在轨道车辆电磁兼容的设计实践中，需综合考虑EME IEC 61967和IEC 62132标准和瞬态标准 ISO 7637的实验标准，通过测试数据对其应用可行性进行分析验证，最终对提升系统稳定性，降低故障率、提升抗干扰能力，设计出符合EMC的IC（Integrated Circuit集成电路）和模块，具有突出的效果。
　　参考文献
　　[1] 刘雪明.轨道车辆电磁兼容试验标准的应用与探讨[J].科学技术创新，2018（24）：51-52
　　[2] 于海霞，赵亮，魏秀英，等.解读国家标准《轨道交通机车车辆电气设备第1部分：一般使用条件和通用规则》[J].铁道技术监督，2019，47（12）：7-9.
　　[3] 余俊，陆阳，王延哲，等.动车组、机车及地铁整车对外电磁干扰特性研究[J].铁道机车车辆，2016，36（3）：107-110，116.
　　[4] 魏素敏，安世忠，吕银龙，等.50MeV束流输运线及其电磁元件设计[J].科技创新导报，2019，16（24）：91-93，95.
　　[5] 宋博，印祯民，沈涛，等.基于提升城市轨道交通运营可靠性的车辆技术及维护体系优化[Z].上海申通地铁集团有限公司，上海地铁维护保障有限公司，石家庄嘉祥精密机械有限公司，上海天佑铁道新技术研究所股份有限公司.2018.
　　[6] 王成林.电磁兼容技术在开关电源中的实践研究[J].科技创新导报，2018，15（34）：75，77.
　　[7] 姜君，曹雪铭，黄健，等.机车车辆锂离子蓄电池试验方法[J].铁道技术监督，2018，46（11）：24-27，36.
　　[8] 李惠.轻轨铰接车辆的电气系统设计[D].大连：大连理工大学，2017.
　　[9] 张俊，张换换.电磁屏蔽方舱质量控制要点研究[J].科技创新导报，2019（9）：91-92.
转载注明来源:https://www.xzbu.com/1/view-15317603.htm