CN111679143B - 一种高速磁悬浮升压斩波器机箱抗电磁干扰能力测试系统 - Google Patents

一种高速磁悬浮升压斩波器机箱抗电磁干扰能力测试系统 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种高速磁悬浮升压斩波器机箱抗电磁干扰能力测试系统，包括高速磁悬浮升压斩波器机箱，模拟电磁发射装置和抗电磁干扰能力判断装置。本发明利用模拟电磁发射装置发射不同频率的电磁波，对在正常工作的高速磁悬浮升压斩波器机箱进行电磁干扰，通过观察抗电磁干扰能力判断装置中故障指示灯的亮灯情况来判断高速磁悬浮升压斩波器机箱的抗电磁干扰能力。如果故障指示灯熄灭，说明高速磁悬浮升压斩波器机箱对该频率电磁波的抗电磁干扰能力弱；反之，则说明高速磁悬浮升压斩波器机箱对该频率电磁波的抗电磁干扰能力强。通过搭建此系统，实现快速高效的对高速磁悬浮升压斩波器机箱抗电磁干扰能力进行判断。

Description

一种高速磁悬浮升压斩波器机箱抗电磁干扰能力测试系统
技术领域
本发明涉及轨道交通电气电磁兼容领域，涉及一种高速磁悬浮升压斩波器机箱抗电磁干扰能力测试系统。
背景技术
在轨道交通领域，交流供配电线路是成网分布的，其产生的电磁波可以十分方便地辐射到四处，经检测装置的电源线进入仪器内部造成干扰。最明显的是电压突变和交流电源波形的畸变，它使工频的高次谐波(从低频一直延伸到高频)经电源线进入仪器的前级电路。例如，由调压或逆变电路中的晶闸管引起的大功率高次谐波干扰；又如开关电源经电源线往外泄露的几百上千赫兹的尖脉冲干扰。而高速磁悬浮升压斩波器机箱的作用，是将直线发电机发出的交流电与外部供电轨输送的直流电，转换为高速磁悬浮列车电气系统440V电网所需的直流电后，输入440V电网，同时对直流供电轨的输入电源进行升压处理，交流供配电线路中的电压突变会对高速磁悬浮升压斩波器机箱产生电磁干扰。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种高速磁悬浮升压斩波器机箱抗电磁干扰能力测试系统，其特征在于，包含以下：
测试系统包含高速磁悬浮升压斩波器机箱、模拟电磁发射装置、抗电磁干扰能力判断装置；
高速磁悬浮升压斩波器机箱，是将直线发电机发出的交流电与外部供电轨输送的直流电，转换为高速磁悬浮列车电气系统440V电网所需的直流电后，输入440V电网，同时对直流供电轨的输入电源进行升压处理；高速磁悬浮升压斩波器机箱组成结构包括：电压控制模块，电流控制模块，24V开关电源；电流控制模块将直线电机产生的交流电变换为直流电，从而进行整流，电压控制模块对整流后的电能进行调压处理，通过对IGBT的快速通、断控制把直流电压斩成一系列的脉冲电压，通过电感和电容的滤波储能作用，在负载上可以获得平均值大于整流后的电能；24V开关电源为高速磁悬浮升压斩波器机箱的辅助电源；
模拟电磁发射装置，由振荡器、电容、电位器和电源模块组成；振荡器是由一个电感和一个电容并联组成的谐振电路，谐振电路中的电容器和电感器都是可调的；将振荡器中电感线圈的一端接地，另一端做成天线用来发射干扰信号，天线具有双阻带特性的超宽天线，设计的无阻带特性的UWB天线VSWR<2的阻抗带宽，发射的干扰频率可以自由控制，通过调节振荡器的振荡频率来改变，振荡器的振荡频率通过改变振荡器中的电容器或电感器的值大小来实现，从而控制天线发射不同的干扰频率，发射干扰频率的范围为50HZ-3GHZ；模拟电磁发射装置发射的干扰信号属于辐射干扰，可以模拟磁悬浮列车上的其他设备对高速磁悬浮升压斩波器机箱的电磁干扰；其中，针对不同的发射频率，模拟电磁发射装置的干扰系数α会不同，α根据下列公式计算得出；
其中，f是模拟电磁发射装置的发射出的电磁干扰波形频率，f的取值频率范围为50HZ-3GHZ，d是模拟电磁发射装置的发射出电磁干扰波形传播距离，d取值范围在5m与10m之间，P是模拟电磁发射装置的发射出的电磁干扰波形发射功率，P的取值范围在5W到10W之间；G是模拟电磁发射装置的发射出的电磁干扰波形发射增益，G的取值在10dB到20dB之间；
抗电磁干扰能力判断装置,包括故障指示灯，电压转换电路模块和塑料外壳；故障指示灯两端的电压来自电压转换电路模块的输出电压；电压转换电路模块的输入电压来自高速磁悬浮升压斩波器机箱的输出电压；所以，当高速磁悬浮升压斩波器机箱的输出电压受影响时，电压转换电路模块的输入电压也会受影响；
模拟电磁发射装置发射不同频率的电磁波，对高速磁悬浮升压斩波器机箱进行电磁干扰，使得高速磁悬浮升压斩波器机箱内的电路板不能正常工作，高速磁悬浮升压斩波器机箱与模拟电磁发射装置中的天线通过磁场耦合，感应出不同频率的位移电流，不同频率的位移电流使得电路中每处的电流方向以及电流大小和电压幅度都不一样，使得高速磁悬浮升压斩波器机箱不能正常工作，使得高速磁悬浮升压斩波器机箱输出电压为低电平，导致抗电磁干扰能力判断装置的输入电源电压为低电平，致使故障指示灯两端的电压为0V，使得故障指示灯熄灭；
抗电磁干扰能力判断装置根据下列公式计算抗电磁干扰能力判断装置的输入电源电压，当电压低于模块的正常工作电压时抗电磁干扰能力判断装置的输入电源电压将小于5V；
其中，V0为抗电磁干扰能力判断装置的输入电源电压，V为高速磁悬浮升压斩波器机箱的输出电压，xi是指高速磁悬浮升压斩波器机箱内部电路板中第i个元器件的共模干扰系数，x是指共模干扰，yi是指高速磁悬浮升压斩波器机箱内部电路板中第i个元器件的差模干扰系数，yi在0与1之间，y是指差模xi在0与1之间干扰，i是指电路图中第i个元器件，n是高速磁悬浮升压斩波器机箱内部电路板中元器件总数，α是模拟电磁发射装置的干扰系数，α在0与1之间；
根据电压转换电路模块具有降压功能，通过调节PWM的占空比，获得一系列脉冲电压，在滤波条件下，在负载上可以获得平均值小于电源电压，完成降压功能，实现精准的电压输出；通过计算，得到抗电磁干扰能力判断装置的输入电源电压后，故而得到故障指示灯两端的电压，故障指示灯两端的电压，通过下列公式计算获得：
其中，Vout是指故障指示灯两端的电压，V是电压；β是指电压转换电路模块的电路放大倍数；R是电阻，R1,R2,R3,R4是指电压转换电路模块中的电阻；当V0大于或等于5V时，故障指示灯电压为正常工作范围电压，能够正常工作，说明高速磁悬浮升压斩波器机箱的抗电磁干扰能力强；当V0小于5V时，Vout为0V，即故障指示灯两端的电压为0V，故障指示灯熄灭，从而得出高速磁悬浮升压斩波器机箱的抗电磁干扰能力弱。
具体实施方式
为了使本发明所要解决的技术问题，技术方案及有益效果更加清楚明白，以下将结合该系统的工作情况对具体实施方式进行详细说明。
在轨道交通领域中，交流供配电线路在工业现场的分布相当于一个吸收各种干扰的网络，而且十分方便地以电磁辐射的形式传遍各处，经检测装置的电源线进入仪器内部造成干扰。高速磁悬浮升压斩波器机箱的在将直线发电机发出的交流电与外部供电轨输送的直流电，转换为高速磁悬浮列车电气系统440V电网所需的直流电后，同时对直流供电轨的输入电源进行升压处理，交流供配电线路中的电压突变会对高速磁悬浮升压斩波器机箱产生电磁干扰。最明显的是电压突变和交流电源波形的畸变，它使工频的高次谐波(从低频一直延伸到高频)经电源线进入仪器的前级电路。例如，由调压或逆变电路中的晶闸管引起的大功率高次谐波干扰；又如开关电源经电源线往外泄露的几百上千赫兹尖脉冲干扰。
本发明包含以下内容，搭建抗电磁干扰能力测试系统，对实施过程逐步进行阐述。
所述高速磁悬浮升压斩波器机箱，由基础柜体，开放式线槽、金属盒、封闭式线槽、电器安装架和电路板组成；所述电器安装架用来放置电路板；磁悬浮列车上的其他设备包括输电线，电力牵引系统，高压直流输电高次谐波，交流输电及电气铁路高次谐波，如下表1所示；工频及音频干扰源，频率在50HZ左右，主要是输、配电系统及电力牵引系统所产生的电磁产辐射；载频干扰源：频率在50HZ～3GGZ，主要由高压直流输电高次谐波，交流输电及电气铁路高次谐波产生；
表1模拟干扰电磁波类型
电磁波类型 频率范围 模拟电磁干扰源
工频及音频干扰源 50HZ及其谐波 输电线、电力牵引系统
载频干扰源 50HZ～3GHZ 高压电流高次谐波、交流输电及电气铁路高次谐波
从信号类型来看，电磁环境的干扰可以分为两大类，一类是宽频带的，一是窄频带的，从能量的传送方式来看，一种是辐射型，另一种是传导型。
模拟电磁发射装置发射不同频率的电磁波，对所述高速磁悬浮升压斩波器机箱进行电磁干扰，尤其对于高于100MHz的辐射，很容易穿透没有设防的墙壁，进入到建筑物内，耦合到机械设备，使得所述高速磁悬浮升压斩波器机箱内的电路板不能正常工作，从而导致所述高速磁悬浮升压斩波器机箱的输出电压由高电平转为低电平，即所述抗电磁干扰能力判断装置的输入电源电压输出为低电平，导致所述故障指示灯两端的电压为0V，使得所述故障指示灯熄灭；
根据所述发明内容中的公式计算所述抗电磁干扰能力判断装置的输入电源电压，所述电压转换电路模块能够在直流电路中将一个电压值的电能变为另一个电压值的电能，其采用微电子技术，把小型表面安装集成电路与微型电子元器件组装成一体而构成；所述故障指示灯和所述电压转换电路模块均放置在塑料外壳内；
电路中的每一个电压值都对应的电流，同样每一个电流都存在对应的电压。当IC的输出在逻辑高到逻辑低或者逻辑低到逻辑高之间变换时，这些信号电压和信号电流就会产生电场和磁场，与所述模拟电磁发射装置发射出的电磁波产生耦合干扰，故障指示灯两端的电压将通过所述电压转换电路模块变为0V，所述故障指示灯将熄灭，通过下列公式，可以计算得出所述故障指示灯两端的电压；
所述V0为所述抗电磁干扰能力判断装置的输入电源电压，所述V为所述高速磁悬浮升压斩波器的输出电压，所述Vout是指故障指示灯两端的电压；β是指电压转换电路模块的电路放大倍数；所述R是电阻，R1,R2,R3,R4是指电压转换电路模块中的电阻；当V0大于或等于5V时，所述故障指示灯电压为正常工作范围电压，能够正常工作，说明所述高速磁悬浮升压斩波器机箱的抗电磁干扰能力强；当V0小于5V时，Vout为0V，即故障指示灯两端的电压为0V，故障指示灯熄灭，从而得出高速磁悬浮升压斩波器机箱的抗电磁干扰能力弱。
所述电压转换电路模块的输出电压范围适用于所述故障指示灯，电磁辐射属于抽象现象，对设备的故障干扰只能通过设备是否正常工作来体现，如果设备没有明显的输出信号，无法对设备的运行情况进行有效判别。所以故障指示灯具有简单有效的优势，能够明显的对高速磁悬浮升压斩波器机箱抗电磁干扰能力进行判断。
本发明的有益成果为：针对高速磁悬浮升压斩波器机箱抗电磁干扰能力强弱的判断问题，通过观察抗电磁干扰能力判断装置中故障指示灯的亮灯情况来判断高速磁悬浮升压斩波器机箱的抗电磁干扰能力，应用此系统，可以快速高效地判断高速磁悬浮升压斩波器机箱的抗电磁干扰能力。

Claims (1)

1.一种高速磁悬浮升压斩波器机箱抗电磁干扰能力测试系统，其特征在于，包含以下：
所述测试系统包含高速磁悬浮升压斩波器机箱、模拟电磁发射装置、抗电磁干扰能力判断装置；
所述高速磁悬浮升压斩波器机箱，是将直线发电机发出的交流电与外部供电轨输送的直流电，转换为高速磁悬浮列车电气系统440V电网所需的直流电后，输入440V电网，同时对直流供电轨的输入电源进行升压处理；所述高速磁悬浮升压斩波器机箱组成结构包括：电压控制模块，电流控制模块，24V开关电源；所述电流控制模块将直线电机产生的交流电变换为直流电，从而进行整流，所述电压控制模块对整流后的电能进行调压处理，通过对IGBT的快速通、断控制把直流电压斩成一系列的脉冲电压，通过电感和电容的滤波储能作用，在负载上可以获得平均值大于所述整流后的电能；所述24V开关电源为所述高速磁悬浮升压斩波器机箱的辅助电源；
所述模拟电磁发射装置，由振荡器、电容、电位器和电源模块组成；所述振荡器是由一个电感和一个电容并联组成的谐振电路，谐振电路中的电容器和电感器都是可调的；将所述振荡器中电感线圈的一端接地，另一端做成天线用来发射干扰信号，所述天线具有双阻带特性的超宽天线，设计的无阻带特性的UWB天线VSWR<2的阻抗带宽，发射的干扰频率可以自由控制，通过调节振荡器的振荡频率来改变，所述振荡器的振荡频率通过改变所述振荡器中的电容器或电感器的值大小来实现，从而控制天线发射不同的干扰频率，发射干扰频率的范围为50HZ-3GHZ；所述模拟电磁发射装置发射的干扰信号属于辐射干扰，可以模拟磁悬浮列车上的其他设备对所述高速磁悬浮升压斩波器机箱的电磁干扰；其中，针对不同的发射频率，所述模拟电磁发射装置的干扰系数α会不同，所述α根据下列公式计算得出；
其中，所述f是所述模拟电磁发射装置的发射出的电磁干扰波形频率，所述f的取值频率范围为50HZ-3GHZ，所述d是所述模拟电磁发射装置的发射出电磁干扰波形传播距离，所述d取值范围在5m与10m之间，所述P是所述模拟电磁发射装置的发射出的电磁干扰波形发射功率，所述P的取值范围在5W到10W之间；所述G是所述模拟电磁发射装置的发射出的电磁干扰波形发射增益，所述G的取值在10dB到20dB之间；
所述抗电磁干扰能力判断装置,包括故障指示灯，电压转换电路模块和塑料外壳；所述故障指示灯两端的电压来自所述电压转换电路模块的输出电压；所述电压转换电路模块的输入电压来自所述高速磁悬浮升压斩波器机箱的输出电压；所以，当所述高速磁悬浮升压斩波器机箱的输出电压受影响时，所述电压转换电路模块的输入电压也会受影响；
所述模拟电磁发射装置发射不同频率的电磁波，对所述高速磁悬浮升压斩波器机箱进行电磁干扰，使得所述高速磁悬浮升压斩波器机箱内的电路板不能正常工作，所述高速磁悬浮升压斩波器机箱与所述模拟电磁发射装置中的天线通过磁场耦合，感应出不同频率的位移电流，不同频率的位移电流使得电路中每处的电流方向以及电流大小和电压幅度都不一样，使得所述高速磁悬浮升压斩波器机箱不能正常工作，使得所述高速磁悬浮升压斩波器机箱输出电压为低电平，导致所述抗电磁干扰能力判断装置的输入电源电压为低电平，致使所述故障指示灯两端的电压为0V，使得所述故障指示灯熄灭；
所述抗电磁干扰能力判断装置根据下列公式计算所述抗电磁干扰能力判断装置的输入电源电压，当电压低于模块的正常工作电压时所述抗电磁干扰能力判断装置的输入电源电压将小于5V；
其中，V0为所述抗电磁干扰能力判断装置的输入电源电压，V为所述高速磁悬浮升压斩波器机箱的输出电压，xi是指所述高速磁悬浮升压斩波器机箱内部电路板中第i个元器件的共模干扰系数，yi是指所述高速磁悬浮升压斩波器机箱内部电路板中第i个元器件的差模干扰系数，所述yi在0与1之间，i是指电路图中第i个元器件，n是所述高速磁悬浮升压斩波器机箱内部电路板中元器件总数，α是所述模拟电磁发射装置的干扰系数，所述α在0与1之间；
根据所述电压转换电路模块具有降压功能，通过调节PWM的占空比，获得一系列脉冲电压，在滤波条件下，在负载上可以获得平均值小于电源电压，完成降压功能，实现精准的电压输出；通过计算，得到所述抗电磁干扰能力判断装置的输入电源电压后，故而得到所述故障指示灯两端的电压，所述故障指示灯两端的电压，通过下列公式计算获得：
其中，所述Vout是指所述故障指示灯两端的电压；所述β是指所述电压转换电路模块的电路放大倍数；所述R1,R2,R3,R4是指所述电压转换电路模块中的电阻；当所述V0大于或等于5V时，所述故障指示灯电压为正常工作范围电压，能够正常工作，说明所述高速磁悬浮升压斩波器机箱的抗电磁干扰能力强；当所述V0小于5V时，所述Vout为0V，即所述故障指示灯两端的电压为0V，所述故障指示灯熄灭，从而得出所述高速磁悬浮升压斩波器机箱的抗电磁干扰能力弱。
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