劉歡

摘 要 根據(jù)《車載電子設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)》中規(guī)定，車載設(shè)備除了要滿足其基本的性能、可靠性指標(biāo)外，還要滿足相應(yīng)的電磁兼容指標(biāo)要求。電磁兼容性設(shè)計是一個復(fù)雜的工程，而鐵氧體磁環(huán)是電器設(shè)備電磁兼容性設(shè)計中抑制干擾非常實用的元件。本文將就鐵氧體磁環(huán)在軌道交通電磁兼容性中的應(yīng)用展開詳細(xì)的研究和探討。

關(guān)鍵詞 軌道交通;電磁兼容性;鐵氧體磁環(huán);應(yīng)用

隨著軌道交通行業(yè)的不斷發(fā)展，為了進(jìn)一步提高乘客的舒適性和車載運行的穩(wěn)定性，越來越多的電子設(shè)備被應(yīng)用到軌道交通中，這就需要進(jìn)一步提高軌道交通的電磁兼容性。電磁兼容設(shè)計是一個復(fù)雜的工程，包括結(jié)構(gòu)設(shè)計和電氣部件設(shè)計。本文主要探討了干擾抑制器件鐵氧體磁環(huán)在軌道交通電磁兼容性設(shè)計中的應(yīng)用。

1鐵氧體磁環(huán)組成及工作原理

鐵氧體磁環(huán)是一種能夠抑制電子設(shè)備產(chǎn)生的干擾的元件，可以將其看作是低通濾波器，能夠很好地解決電源線、連接器等電子設(shè)備的射頻干擾抑制問題。鐵氧體磁環(huán)的使用方法比較簡單，在使用的時候只需要將鐵氧體磁環(huán)套在線路上，就可以實現(xiàn)對高頻干擾的抑制。也正是由于鐵氧體磁環(huán)這種簡單、實用、有效的特點，在電磁兼容性中實現(xiàn)了廣泛的應(yīng)用。

鐵氧體磁環(huán)的主要成分是鐵氧體，這種物質(zhì)是由鐵的氧化物和其他多種粉末狀金屬組成的，將上述幾種物質(zhì)放置在一起，并利用其他設(shè)備擠壓并在高溫下燒結(jié)，最后形成陶瓷晶體。鐵氧體材料的電磁性能和其加工過程中的高溫加熱時間、溫度相關(guān)[1]。

鐵氧體材料的阻抗主要由以下幾部分組成;電阻和感抗，這兩部分都和頻率有關(guān)，可以用如下公式表示這三者的關(guān)系：Z（f）=R（f）+jwL（f）。其中，電阻和感抗都是頻率的函數(shù)。在頻率較低的階段，其阻抗主要類型為感抗，和材料的磁導(dǎo)率有關(guān)，可以實現(xiàn)對一些頻率的屏蔽，但是不會對數(shù)據(jù)線上有用信號的傳遞造成影響。當(dāng)頻率產(chǎn)生升高的趨勢時，磁導(dǎo)率呈現(xiàn)下降的趨勢，對感抗的增長產(chǎn)生了抑制作用，甚至可能出現(xiàn)感抗降低的情況。在高頻率下，鐵損增加，相應(yīng)的阻抗Z（f）也保持增加的趨勢，但這時阻抗的主要部分變?yōu)殍F損R（f）。當(dāng)磁性材料中穿過高頻率的能量的時候，電阻性分量就會將這些能量轉(zhuǎn)變成熱量，最終實現(xiàn)消散。通過這種方式，形成了一個低通濾波器，進(jìn)一步降低高頻率噪聲信號，同時忽略了低頻的，有用的信號，確保電路能夠正常工作。在工作中，抑制設(shè)備對EMI信號的衰減能力一般用插入損耗表示，如果插入損耗越大，那么設(shè)備對EMI噪聲的抑制能力就越強。如果鐵氧體磁環(huán)在使用前和使用后的壓力分別為E1和E2，那么鐵氧體磁環(huán)對噪聲的衰減作用可以用如下公式表示

A=20lg（E1/E2）=20lg（ZS+Z+ZL）/（ZS+ZL）

由上式可以知道，信號源內(nèi)阻ZS和負(fù)載阻抗ZL相加之和越小，鐵氧體磁環(huán)的等效阻抗就越大，對高頻率干擾抑制的效果就越好。

2軌道交通電磁兼容性中的鐵氧體磁環(huán)應(yīng)用

在軌道交通設(shè)備中牽引逆變器和SIV靜止逆變器是電磁干擾發(fā)射最為嚴(yán)重的元件，因此在進(jìn)行軌道交通電磁兼容性設(shè)計的時候一定要格外注意這兩部分，這直接影響到整個軌道交通電磁兼容性能[2]。在某個地鐵車輛項目中，牽引逆變器和SIV靜止逆變器沒有滿足EN50121-3-2標(biāo)準(zhǔn)的干擾發(fā)射要求，從而導(dǎo)致整個交通車輛上的信號受到干擾，影響了地鐵車輛的正常運行。除此之外，車輛整體的電磁兼容性也沒有達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)限定值。下面，針對該地鐵車輛項目中的SIV逆變器電磁兼容性進(jìn)行改造，以此來闡明鐵氧體磁環(huán)的詳細(xì)應(yīng)用。

SIV靜止逆變器的輸入電壓為DC1500V，輸出電壓為DC110V和AC380V。對此逆變器進(jìn)行濾波之后，其電磁兼容性有所好轉(zhuǎn)，但是還沒有滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。在實際的測試中，沒有使用鐵氧體磁環(huán)，AC380V輸出電壓傳導(dǎo)噪聲發(fā)射顯然超出了限定值[3]。對系統(tǒng)進(jìn)行分析可以發(fā)現(xiàn)，SIV靜止逆變器的兩個輸出電源線之間存在干擾，因此，本文在DC110V的正負(fù)線上加上兩個鐵氧體磁環(huán)，在AC380V輸出線上增加兩個鐵氧體磁環(huán)。并對增加了鐵氧體磁環(huán)的系統(tǒng)進(jìn)行測試，可以發(fā)現(xiàn)鐵氧體磁環(huán)有效抑制了SIV電源輸出電路的干擾，其電磁兼容性也滿足了標(biāo)準(zhǔn)限定值要求，提升了項目中軌道交通車輛的電磁兼容性能。

在進(jìn)行鐵氧體磁環(huán)選擇的時候，要根據(jù)項目實際要求，選擇性狀、尺寸合適的元件。為了確保選擇的準(zhǔn)確性，必須明確EMI信號頻率類型和大小、標(biāo)準(zhǔn)要求效果、內(nèi)徑等。所選擇的鐵氧體抑制材料不一樣，其抑制頻率范圍也不一樣，這實際上和磁導(dǎo)率有關(guān)[4]。一般來說，磁導(dǎo)率和適用的抑制頻率之間呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)，也就是磁導(dǎo)率越低，適用抑制的頻率就越高。需要考慮的是，在應(yīng)用鐵氧體磁環(huán)的時候可會出現(xiàn)偏流，并且隨著偏流的增加，磁環(huán)的鐵損和阻抗反而減小，當(dāng)偏流一直增加，在某一時刻會達(dá)到飽和。因此，在進(jìn)行兼容性設(shè)計的時候一定要考慮到偏流飽和和插入損耗減小等問題。如果磁導(dǎo)率越小，偏流對損耗產(chǎn)生的影響就越小，偏流也就越不容易呈現(xiàn)飽和的狀態(tài)?；诖耍谶x擇鐵氧體磁環(huán)的時候要盡量選擇磁導(dǎo)率低，橫截面積大的元件。當(dāng)偏流呈現(xiàn)較大值的時候，可以將電源的正負(fù)線同時放進(jìn)一個磁環(huán)，通過這樣的方式防止偏流飽和的情況。

綜上所述，本文首先對鐵氧體磁環(huán)的工作原理進(jìn)行了說明，并結(jié)合具體的項目就鐵氧體磁環(huán)在軌道交通項目中的應(yīng)用展開了探討。結(jié)果表明，鐵氧體磁環(huán)可以較好地提升軌道交通電磁兼容性能，在未來應(yīng)該更加注重于鐵氧體磁環(huán)的設(shè)計，不斷改善電磁兼容性能，確保車輛的穩(wěn)定運行。

參考文獻(xiàn)

[1] 季文娟.軌道交通電子產(chǎn)品電磁兼容性檢測的重要性及技術(shù)分析[J].科技風(fēng)，2019，（29）：102.

[2] 劉雪明，趙塔，馬昭鈺，等.城市軌道交通車輛車載天線電磁兼容性分析與評估[J].鐵道車輛，2018，56（11）：16-19，5.

[3] 劉雪明.軌道車輛電磁兼容試驗標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)用與探討[J].科學(xué)技術(shù)創(chuàng)新，2018，（24）：51-52.

[4] 汪星華，郝明遠(yuǎn)，王艷琴，等.軌道車輛電磁兼容性標(biāo)準(zhǔn)解析及建議[J].中國高新技術(shù)企業(yè)，2016，（18）：192-194.