摘要：随着我国经济在快速发展，社会在不断进步，轨道交通在我国发展十分迅速，中低速磁浮交通是一种通过电磁力实现列车与轨道之间的无接触的悬浮和导向的新型交通方式。与传统轮轨接触式列车利用轮对接地的方式不同，短定子直线电机牵引的磁浮列车采用双端第三轨集中接地模式。列车悬浮运行时，除与受流轨有接触外，车体本身与轨道是非接触的，但车辆与轨道之间存在动静态电磁等因素，这就对车辆及电气设备的电磁兼容提出了新的需求。
关键词：短定子牵引；磁浮车辆；牵引系统；直线电机；电磁干扰
引言
对于中低速磁浮列车来说，首先必须要实现稳定悬浮，悬浮系统是磁浮列车的核心子系统。除了悬浮系统的稳定性，悬浮系统的平稳性也对磁浮列车的运营和舒适性具有很大的影响。在悬浮系统中，系统的稳定和平稳除了受到悬浮控制方法、轨道的平顺度以及车辆扰动等因素的影响，还受到检测信号信噪比的影响。悬浮系统要实现稳定控制，并且有比较好的悬浮效果，必须充分抑制传感器信号的噪声，提高有效信号的比例。首先在悬浮系统中不能对信号进行过多的滤波处理。电磁吸力悬浮控制系统是一种不稳定的系统，必须通过实时的闭环反馈控制才能使系统保持稳定。由于系统实时性的要求，信号不仅要信噪比高，还需要延时小，所以在信号处理过程中不能对信号做过多的平滑滤波处理，因为滤波往往会带来信号的延时，使得系统性能变差甚至不稳定。此外，在反馈控制中必须要使用气隙信号的微分量作为系统的反馈，以提供系统所必需的阻尼参数，信号噪声会大大抑制微分反馈的使用。在微分过程中，微弱的噪声信号会被放大，由于滤波被限制使用，这使得微分反馈所提供的阻尼受到限制。最后来自传感器信号的噪声也会通过闭环系统引起控制输出中含有不必要的扰动，这种扰动会使系统的平稳和舒适性受到影响。当噪声信号严重时甚至会引起车轨共振以及失稳等严重问题。对于磁浮列车悬浮系统来说，噪声信号小、信噪比大的“干净”信号是必要而且必须的。悬浮系统通常有悬浮控制电路、气隙和加速度传感器、悬浮电磁铁以及悬浮控制主电路构成，其中控制电路和传感器是弱电系统，电磁铁、主电路是强电系统。悬浮系统通过气隙和加速度传感器检测电磁铁的悬浮气隙和加速度信号，信号通过传输线缆到达控制电路，控制电路对信号进行采样和控制算法处理，输出PWM信号控制主电路的开通和关断，调节电磁铁电流，使得系统可以稳定在固定的悬浮气隙值上。
1概述
随着我国经济的快速发展，高速磁悬浮列车线的正式运营，磁悬浮列车对周围环境的电磁干扰问题越来越受到大家的关注。磁悬浮快速列车系统产生的电磁辐射主要来自磁悬浮快速列车、导轨、输电线、变电站和运行控制系统等。本次测试主要是对磁悬浮列车高速运行时的无线电噪声频率范围及距离特性加以初步论证，希望为今后磁悬浮铁路的建设提供有意义的预测和建议。
2磁浮列车牵引系统电磁干扰分析研究
2.1电磁铁简化模型
为方便计算，现对电磁铁模型进行简化，假设
轨道与电磁铁正对且没有俯仰运动，不考虑电磁场的波动性，只针对悬浮电磁铁模块中单个电磁铁模
型进行理论分析研究。
2.2电磁干扰优化设计
来自牵引系统携带大噪声的接地电流使得车体电位抬升，大量的共模干扰电流流经车体，一方面对其他车载弱电设备产生传导耦合干扰，另一方面由于共模电流流经的回路面积较大，会对外产生较强的电磁辐射。
不改变整车系统配置情况下，在牵引逆变器输入负线与柜体间增加了共模电容，等同于减小逆变器等效共模输入阻抗，从而减小流进车体的共模干扰电流。从文献的仿真结果可以看出，增加共模电容后流进车体的共模干扰电流最大峰值由20A降低至7．5A。牵引系统电路单元间的信号传输采用同轴电缆时，能有效抑制地环路干扰。从电磁场的角度来讲，由于高频时的集肤效应，信号电流流过路径只能沿同轴电缆内导体的外表面和外导体的内表面，理论上，理想同轴电缆在传输电磁信号时不会出现能量泄漏。所以，同轴电缆在传输信号时，既不易对其他电路造成干扰，又能有效抑制地线干扰和外界电磁干扰传输信号的影响。此外，为了减少直线电机工作时对车辆电气设备的干扰，建议将悬浮架接地与车体接地分开导流，提高车体电荷泄放能力。优化后的直线电机电磁干扰流通路径如图8所示，直线电机产生的共模电压和电流将直接流入DC1500V负极，减少了对车体的干扰。
2.3电流环信号传输机制
悬浮系统中，由于悬浮系统性能和车辆舒适性的要求，传感器输入到控制器的检测信号要具有很大的信噪比。在实际中，传感器与控制器距离远，信号不仅会产生衰减，还会在传输过程中受到干扰，选择合适的传输协议和方法可以提高信号的信噪比，减小长线带来的衰减。目前德国高速列车采用数字485数字传输协议，中低速磁浮列车采用模拟电压信号传输。在数字传输方法中，传感器信号的精度和延时会受到限制，讨论了这种传输协议中的编码方法；相对于数字信号，模拟信号延时小而且精度高，容错性好，不会产生数字传输中某位出错导致这个信号出错的“误码”问题；但模拟信号的抗干扰性能差，信号在传输中容易受到干扰而产生噪声。对数字传输来说，由于悬浮控制器采样时刻与数字传输信号无法满足同步的要求，所以输出的数字信号需要通过数模和模数转换之后进入控制器，在整个过程中需要经过多次数模和模数转换，系统复杂，容易引入干扰。青城山磁浮列车系统采用模拟电压信号传输，由于电压信号抗扰能力比较弱，信号干扰严重；线缆过长时信号衰减严重，线缆超过3m信号衰减在20％以上。
2.4试验
通过对比测试，检测在静态条件以及动态运行时悬浮系统包括电磁铁对BTM设备工作的影响。静态测试中，列车开启悬浮时，在2MHz附近存在一定的干扰（-62dBm左右），但不影响应答器接收，静态测试结果符合BTM工作要求。动态测试中，当列车平稳运行以及加速运行时，在应答器工作频段（2.5MHz~6MHz）内存在-50dBm~-55dBm的干扰信号，属于弱干扰信号，可能影响应答器信号接收质量。
结语
本文研究了抑制中低速磁浮列车悬浮系统信号噪声的方法，设计了多种手段来提高信噪比。论文通过主电路的模块化设计、直流母排的设计、信号传输机制的设计、信号采样避噪和消噪的设计、分布电源的设计、接地设计以及多层板、双绞线和选择性能好的芯片等多种方法实现了对悬浮控制系统信号噪声的有效抑制，提高了悬浮控制的性能。悬浮控制系统自身的性能依赖于传感器的性能、信号传输的低噪快速以及控制器的性能。在信号传输的低噪快速方面，需要进行系统的综合设计和考虑，不能仅仅依靠某几种手段。未来系统功能上的简化是必然的结果，所以无论在硬件设计和信号流程中都应该更加简化，比如电源系统的进一步精简，取消24V，直接使用车载控制系统的110V等。同时系统性能上应该进一步提高，目前采用12位AD控制，未来14位甚至更高精度的AD控制是必然的结果，这也要求悬浮系统的噪声信号进一步的被抑制和降低，系统应具有更好的电磁兼容性能。
参考文献
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