衣云利
中车青岛四方机车车辆股份有限公司 山东青岛 266000
摘要：进入二十一世纪以来，我国科学技术的快速发展，动车组列车中搭载的电子设备也在不断增加，各类线缆纵横交错，使动车组列车内部电磁干扰辐射耦合机理变得异常复杂，各类设备及线缆相互辐射干扰信号，电磁干扰严重，影响到设备的正常稳定工作。本文针对动车组列车中的电磁干扰情况，系统的分析其电磁兼容特性，提出抗干扰措施以及切实可行的布线建议。
关键词：动车组；电磁兼容；抗干扰；布线建议
引言
汽车上有很多电子模块，均能正常地单独工作，但装配到整车上就会受到彼此的电磁干扰（EMI）。而电动汽车的电子模块更多且高压持续存在，因此干扰现象严重且存在安全隐患，再加上部分厂家生产的零件电磁兼容性（EMC）不达标，使电磁干扰更为普遍。文章基于中国大学生电动方程式大赛（FSEC）研究了三电系统调试方面的升级与创新，有效提高了整车调试工程师、电机调试工程师以及电池管理系统（BMS）调试工程师之间交叉调试的效率。通过解决整车EMC低下的问题，可以降低调试过程中损耗件的成本，使汽车运行更加稳定。
1电磁干扰分析
动车组列车自动化水平的提升，导致车辆内部电磁干扰情况日益突出，例如设备与设备之间，设备与电缆之间，亦或是电缆与电缆之间等等。电磁干扰三要素为干扰源，耦合途径以及敏感设备，动车组列车中三要素如图1所示。
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在动车组列车中，电磁干扰的传播途径大致分为两种，其一为传导耦合方式，即电磁干扰信号通过各设备间的线缆传播，通过线缆直接将骚扰信息传递给敏感设备；其二为辐射耦合方式，利用强功率设备产生的信号辐射给敏感设备，如受电弓与接触网间突然产生的电火花放电导致的电磁干扰或者牵引变压器这类大功率设备产生的电磁干扰等。切断此两类电磁干扰是解决动车组电磁干扰的重点。本文重点研究动车组列车上的电磁干扰情况，探究线缆的电磁干扰防护研究，提出合适的布线方式及抗干扰措施。
2光伏系统电磁干扰
按照国际电工技术委员会（IEC）给出的定义，电磁兼容是指一个设备在电磁环境中能满意地完成其功能而又不对环境（包括其他设备）造成不允许的干扰的能力。光伏发电系统的电磁干扰主要是由于逆变电路采用的都是电力电子开关器件和PWM技术，直接导致电压随时间的变化率极大，及dv/dt的绝对值较大，此处这一较大的变化率则相当于电磁波的发射源。按电磁干扰传播途径的差别，可分为传导干扰和辐射干扰两种。所谓传导干扰，即为干扰信号通过直接相通的电路由干扰源耦合到敏感设备；所谓辐射干扰，即为干扰信号以电磁波的形式传播，耦合到被干扰电路。本文研究的太阳能车电磁兼容性即是从其辐射干扰的角度加以测试评估。对于光伏发电的辐射干扰机理，可以归结为太阳能电池中吸收电子的银导线、光伏阵列的支架和导线构成一个复杂的天线系统，由逆变器等电力电子开关所产生的高次谐波可通过光伏阵列的天线作用在周边范围内形成电磁辐射，进而对其他电子设备构成辐射干扰。
3抗干扰研究
3.1不同电压等级线缆由同一入口进入综合柜
在动车组上，综合电气柜中设置动力单元水泵风扇、变压器油泵风扇及牵引通风机的空气开关，交流电压为440V、60Hz;同时也布置有交流电压230V、50Hz和直流电压110V的电器件。因此，交流电压440V的走线对综合柜内其他较低电压等级的线缆和模块构成了潜在的干扰威胁，需要进行电磁兼容性评估分析。在CＲH3型动车组上，此类交流电压440V中压硬线被安置在车下的车载电源箱内。
3.2线缆串扰研究
动车组底部布有大量线缆，根据线缆差异一般分为高压侧和低压侧，以免高压线缆对低压线缆产生干扰。但实际情况中，由于空间条件限制，线缆布置无法按照理想的状态在线槽内布线，所以在线槽内布线应注意以下方面：①不同线缆应布置到相应的线槽隔舱内，且增加高压线槽与低压线槽的距离，以避免产生干扰信号，若出现高压线缆必须放置于低压线槽中，理应使高压线与低压线保证足够距离。②线槽内防止的屏蔽线缆需保证屏蔽层双端接地，以保证屏蔽层能够起到理想的作用。③线缆在线槽内布置时，应考虑必要的布置位置，避免出现悬空架线的情况发生，会影响线缆的使用寿命以及加大干扰。
3.3提高整车控制器和电机控制器间EMC水平的方案
电机控制器是高压与低压集成的模块，高压会对低压造成一定的EMI，而电机控制器EMS能力较整车控制器EMS能力强。在调试过程中遇到了很强的EMI，其表象为：当整车控制器给电机控制器发送CAN报文，命令电机旋转时，电机在旋转若干圈后停止，且无法自动复位。多次排查之后发现，只有重新打开低压和高压可以重置一次，重置后问题仍然存在。后期通过整车控制的线上调试功能发现，在电机旋转几圈后，电脑中显示整车控制器采集的电信号为“****”（*代表控制器无法进行采集），整车控制器直接死机。随后通过CAN盒检测CAN报文收发情况，发现电机停止后只有电机控制器正常发送CAN报文，进一步证实了整车控制器死机的现象。为排查该情况是由EMI中哪种干扰引起的，将示波器置于两者之间，电机运转后发现，电机控制器发出的脉冲不呈正弦函数型而是跳跃式突变，确定了控制器死机是强烈的传导干扰引起的。为解决问题，将信号传递线全换成了屏蔽双绞线，如图2所示，将屏蔽层和控制器外壳接入整车地线（GND），并在电机控制器控制面板中加电容，情况得以减轻，但是波形依旧不稳定。最后再在整车控制器与电机控制器之间加上CANBridge+（CAN中继器，如图3所示），增加CANBridge+后，波形稳定了，大大提高了EMS，从而使EMC提升，电机稳定运行，如图4所示。
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图4 CAN中继器增加前后脉冲波形对比图
3.4高压电池包与电机控制器间的物理隔离及线束的合理使用
高压电池包用4mm厚的亚克力板打包，单体间再加上1mm厚的泡棉充分保护绝缘，小电池模组之间的极耳以及电池管理系统（BMS）检测电池状态的线束要用2种以上的绝缘材料包裹。其中BMS间的CAN通信线采用屏蔽双绞线，采集电池温度电压的线为BMS原装线材，箱体内模组间的高压部分选用美规11AWG硅胶软线串联，箱体外所有通过大电流的高压部分采用35mm汽车屏蔽高压线。在电机和电机控制器之间的高压线束连接上，需接地屏蔽，即将屏蔽层接地。
结语
随着我国高速动车组的快速发展，车上各类高技术设备越来越多，但随着设备的增加给车辆电磁兼容性研究带来了极大的挑战。车上搭载的各类设备以及线缆间会产生大量的电磁干扰，通过本文分析可知电磁干扰分为传导耦合方式以及辐射耦合方式。通过分析本文提出了动车组列车抗干扰的几项内容，包括线缆串扰研究以及线缆辐射研究，提出了线槽布线的建议以及高压线缆防护以及电气柜接地的建议。希望通过本文的研究，对动车组列车避免电磁干扰影响提供参考。
参考文献
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