浅析列车电气设备及控制系统的干扰与抗干扰问题

浅析列车电气设备及控制系统的干扰与抗干扰问题

曾建凯

南宁轨道交通集团有限责任公司运营分公司广西南宁市530022

摘要：电气工程中的自动化设备应用有效性，对电气工程来说具有重要的影响作用。在电气工程中自动化设备的抗干扰措施是一项全面性、系统性的措施，只有正确地了解到当中存在的干扰因素，并采取有效措施进行控制，才能促使工程的自动化水平提升，为电气工程稳定性提供保障。下面将对电气工程中自动化设备的抗干扰措施进行详细分析。

关键词：列车；电气设备；控制系统；抗干扰

1电气工程自动化设备中存在的干扰因素

电气工程自动化技术近年来在我国已经得到了全面性的应用，主要采取的装置已经能够达到自动检测以及自动控制目的，能够对电力系统进行远程监控，对电力的稳定运行提供了保障，满足了人们在日常用电方面的需求。电气自动化工程的应用真正促使电气工程走向了智能化道路，但由于在整个系统当中仍然有着一定的不成熟技术，导致自动化技术的实际应用中仍然暴露出一些问题，给电气自动化的发展以及人们的用电带来了麻烦。

1.1电磁干扰

在电气自动化设备的使用中经常会出现电磁干扰问题，主要表现为内部的干扰和外部干扰两个部分。例如高电压以及电磁波的外部干扰，由于内部结构不合理而导致的内部干扰等问题。

1.2传导干扰和辐射干扰

在电气工程自动化设备的使用中出现的传导干扰以及辐射干扰问题，一直以来都是影响工程正常运行的主要问题之一。出现这样的问题主要是因为受到电磁波和电压的影响，导致它们之间相互转换，给电气自动化设备的运行带来了干扰影响。

1.3信号干扰

信号模式干扰是一种能够直接作用于电气自动化运行过程中的故障问题，通过直接干扰，导致整个运行当中的电气工程系统都受到影响。

2干扰源及干扰的传播途径

车辆电气控制系统的干扰源主要有内部干扰和外部干扰;干扰的传播途径有导线传导干扰和电磁场藕合干扰。内部干扰来自控制系统自身内部噪声引发的各部分电路之间、各元件之间的干扰。第一，当干扰源的频率较高、干扰信号的波长又比被干扰的对象结构尺寸小，或者干扰源与被干扰者之间的距离r＞＞λ/2π时，则干扰信号可以认为是辐射场，它以平面电磁波形式向外辐射电磁场能量进入被干扰对象的通路。其次，干扰信号以漏电和耦合形式，通过绝缘支撑物（包括空气）等为媒介，经公共阻抗的耦合进入被干扰的线路、设备或系统。最后，干扰信号可以通过直接传导方式进入线路、设备或系统。

3列车电气设备及控制系统抗干扰措施

3.1抑制干扰源技术

消除干扰源是最佳的抗干扰措施,一般情况下只能抑制。对控制系统外部的干扰源,抑制也很困难。对控制系统本身的干扰源应采取下述抑制措施:（l）抑制电源中存在的干扰源。由于供电系统的噪声通过电源电路干扰控制系统,同时电源电路产生的纹波、自激振荡和尖峰脉冲等也是其控制系统的干扰源。因此,电源电路的设计对系统的抗干扰性能至关重要。主要措施包括:①采用在初次级间加屏蔽层的电源变压器,起静电屏蔽作用;②在接触器的周围安装短接地的屏蔽带,以抑制电磁性祸合和静电祸合干扰的传播;③由于电网滤波器对于抑制来自电网的各种干扰起关键性作用,并具有较好的效果,因此,在电源变压器的交流侧加电网滤波器以滤除来自电网的串模干扰和共模干扰。（2）抑制车辆负载形成的干扰源。车厢负载有多种形式。带有电刷的直流伺服电动机是一种强干扰源。这种电机的电刷不断地接通和断开,产生了瞬时冲击电流和反冲电压,造成干扰。而且,这种干扰的频率分布极宽。可采用的抗干扰措施如图1所示。图中C1、C2及C3均采用陶瓷电容,C2和C3的公共接点应使接地阻抗尽量小,并且接地（机壳）要可靠;而Ll与L:为电感扼流圈,由棒状铁氧体作磁芯绕制而成。为避免共振,最好选电感量适当的扼流圈。

3.2破坏干扰传播途径技术

为了有效地破坏干扰进入控制系统各模块或其中电子线路的途径，必须根据干扰传播的特点，采取相应的措施，将其传播切断或削弱。控制系统可采用以下措施:

（1）采用信号隔离技术破坏干扰的传播途径。

（2）采用合理接地技术消除公共阻抗藕合干扰的传播途径。电路中接地系统不正确会在地线上产生较大的公共地线阻抗，出现地电位差而造成公共阻抗藕合干扰。在控制系统工作在低频带时，应采取如下措施:①遵循“一点接地”原则，以有效地克服地电位差的影响和公共阻抗引起的干扰;②遵循电源地线和驱动电机地线等强电地线与弱电信号地线分开设置的原则;③遵循模拟信号地线与数字信号地线分开设置的原则。

（3）采用屏蔽技术削弱系统外界电磁场祸合干扰的传播途径。

屏蔽就是对2个空间加以金属隔离以阻止外界干扰电场和干扰磁场的能量传播。屏蔽措施有:①对放大器、A/D和D/A转换器等器件外加铜质屏蔽盒屏蔽;②控制系统各模块安装在屏蔽效果好的金属腔内，以隔绝外界电磁场的辐射干扰;③车厢与车厢之间的通讯采用光纤传输，以隔离外界的干扰。

3.3其它抑制干扰方法

3.3.1滤波

滤波是抑制和防止干扰的一项重要措施。滤波器可以显著地减小传导干扰的电平，因为干扰频谱成分不等于有用信号的频率，滤波器对于这些与有用信号频率不同的成分有良好的抑制能力，从而起到其它干扰抑制难以起到的作用。所以，采用滤波网络无论是抑制干扰源和消除干扰耦合，或是增强接收设备的抗干扰能力，都是有力措施。用阻容和感容去耦网络能把电路与电源隔离开，消除电路之间的耦合，并避免干扰信号进入电路。对高频电路可采用两个电容器和一个电感器（高频扼流圈）组成的π型滤波器。滤波器的种类很多，选择适当的滤波器能消除不希望的耦合。

3.3.2正确选用无源元件

电路中实际使用的无源元件并不是理想的，其特性与理想特性是有差异的。实用的元件本身可能就是一个干扰源，因此正确选用无源元件非常重要。有时也可以利用元件具有的特性进行抑制和防止干扰。

3.3.3电路技术

若在采用屏蔽后仍不能满足抑制和防止干扰的要求，可以结合屏蔽，采用平衡电路等技术措施来进一步的进行干扰抑制。平衡电路是指双线电路中的两根导线与连接到这两根导线的所有电路，对地或其它导线都具有相同的阻抗，其目的在于使两根导线所捡拾到的干扰信号相等，这时的干扰信号是一个共态信号，可在负载上自行消失。另外，还可以采用其它一些电路技术，例如接地网络，整形电路，积分电路和选通电路等等，总之，采用电路技术也是抑制和防止干扰的重要措施。

结束语

列车电气设备及控制系统性能的基本指标是稳定性和可靠性。除了设计合理的控制系统结构、选用良好的电气设备外,列车电气设备及控制系统的干扰与抗干扰问题也是必须考虑的重要因素。在客车设计、制造和运用中必须充分考虑系统与部件的电磁兼容性。若较好地运用上述诸多抗干扰技术,使得列车车内电气设备及控制系统的抗干扰能力增强,工作可靠性提高,列车系统的总体工作性能就应该会达到预期的效果。

参考文献

[1]孙久军,梁桂华,房孝涛.机械电子设备中的电气干扰及抗干扰措施[J].试验技术与试验机,2006,01:50-53.

[2]牟伦胜,陈俊杰.电气设备外部噪声的抗干扰技术[J].轻工科技,2013,08:55-56.

[3]杜珂,贾书涛.浅谈电气工程中自动化设备的抗干扰措施[J].技术与市场,2014,06:234.

[4]许承永.电气和电子设备的抗干扰措施[J].冶金自动化,1987,03:57-59.

[5]高宪君,刘绪超.实例分析工厂自动控制设备的电气接地与抗干扰[J].河南机电高等专科学校学报,2011,03:5-7.