礦用電力機車目前在我國礦業(yè)開采過程中發(fā)揮著重要作用，大大提高了作業(yè)的效率，從而推動了礦業(yè)的發(fā)展，但是，礦用電力機車在使用的過程中還存在一些問題，比如電磁輻射，就是困擾許多企業(yè)的問題之一，本文針對如何抗電磁輻射干擾提出解決對策。

　　《礦業(yè)工程》礦業(yè)期刊，創(chuàng)刊于2003年，由中國冶金建設(shè)集團鞍山冶金設(shè)計研究總院主辦。主要報道當(dāng)代國內(nèi)外冶金礦山行業(yè)在科研、生產(chǎn)、管理、信息等方面的先進技術(shù)及經(jīng)驗。本刊誠摯歡迎科研、生產(chǎn)、管理、信息等方面的專家、學(xué)者和廣大工程技術(shù)人員有關(guān)國內(nèi)外冶金礦山方面的最新科技動態(tài)、生產(chǎn)實踐等的學(xué)術(shù)論文和先進經(jīng)驗以及國家(省、部)基金資助項目的研究成果及出國考察報告。

　　針對目前礦用電力機車動力電源本身產(chǎn)生較強的電磁輻射，對周圍環(huán)境造成較為嚴(yán)重的電磁干擾，同時由于所處現(xiàn)場環(huán)境多種電磁干擾也會對電力機車和蓄電池管理系統(tǒng)可靠運行造成隱患，在實驗室模擬工況和現(xiàn)場多種工況下提取電力機車用開關(guān)電源、發(fā)動機控制器和機車發(fā)動機等主要干擾源電磁輻射特征，結(jié)合已有煤礦井下電磁干擾的產(chǎn)生機理和干擾特性的研究結(jié)果，分別制定出相應(yīng)的抗干擾方案。通過相關(guān)方法的研究提高煤礦井下車載電源對周圍電磁環(huán)境的抗干擾能力，為豐富提高礦用電力機車的電磁兼容性、抗干擾能力和進一步完善相關(guān)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)提供理論依據(jù)。

　　前言

　　隨著鉛酸電池在煤礦的停止使用，在礦業(yè)領(lǐng)域以鋰離子蓄電池為動力的機車也成為礦用機車發(fā)展的唯一方向。隨著2012年5月相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的頒布，部分產(chǎn)品在煤礦的實際應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)礦用電動車和車載設(shè)備都存在比較嚴(yán)重電磁干擾。而鋰離子蓄電池本身在使用過程中存在爆炸、自燃等風(fēng)險需要電池管理系統(tǒng)對鋰離子蓄電池進行實時管控，因此提高礦用車載鋰離子蓄電池電源和與之關(guān)聯(lián)的動力裝置的整體抗電磁干擾能力，對煤礦井下安全生產(chǎn)具有極為重要的意義[1-2]。本文針對在煤礦井下電磁環(huán)境復(fù)雜條件下，為礦用動力機車電動力系統(tǒng)可靠運行，采取相應(yīng)的改進措施。

　　1礦用動力機車電動力系統(tǒng)組成

　　礦用機車動力系統(tǒng)主要包括:鋰離子蓄電池組、集成發(fā)動機啟動器、發(fā)動機、礦用電池管理系統(tǒng)(BMS)，直流開關(guān)電源(DC-DC)，如圖1所示。電力機車用開關(guān)電源本身就是一個大的電磁干擾源，同時煤礦井下環(huán)境相對封閉，也充滿了各種高壓電氣設(shè)備和變頻器設(shè)備，各種輻射的疊加，造成了較為復(fù)雜的電磁環(huán)境。通過對礦用電力機車的一種———無軌膠輪車各部件單獨工作狀態(tài)的測試分析發(fā)現(xiàn)，開關(guān)電源和驅(qū)動電機為環(huán)境的主要干擾源，而電池管理系統(tǒng)主要負(fù)責(zé)整個系統(tǒng)的動力和對電池的安全管理，是最需要進行電磁保護的模塊[3-4]。

　　2井下電磁干擾分析

　　2.1開關(guān)電源的干擾機理

　　礦用電力無軌膠輪車開關(guān)電源的主要干擾方式為:高頻電流回路中容易產(chǎn)生極大的di/(dt)，形成浪涌電流，誘發(fā)磁場輻射源對空間形成磁場輻射;各級電壓變化的節(jié)點，特別在車輛啟停和突然加速階段會產(chǎn)生極高的du/(dt)，整個電路中以傳導(dǎo)的方式對電池管理系統(tǒng)造成干擾并對周圍環(huán)境進行輻射干擾[5]。

　　2.2發(fā)動機控制器

　　發(fā)動機控制器采用的是脈沖寬度調(diào)制方式對礦用電力無軌膠輪車發(fā)動機進行控制，同開關(guān)電源啟動一樣會產(chǎn)生很大的高頻脈沖信號，其具有很大的du/(dt)。當(dāng)邏輯電路給驅(qū)動電機提供一個高電平的控制信號時，半導(dǎo)體材料開關(guān)的集電極和發(fā)射極電壓近似為0，即當(dāng)邏輯電路給驅(qū)動電壓提供一個低電平的控制信號時，半導(dǎo)體材料開關(guān)的集電極和發(fā)射極電壓近似為Ud，當(dāng)發(fā)動機控制器不斷動作，必然會伴隨一個瞬時的上升和下降時間，集電極和發(fā)射極之間就會形成一個近似梯形的脈沖電壓，如圖2所示，梯形波電壓幅值越大即集電極和發(fā)射極之間幅頻特性的幅值越大，當(dāng)控制器件產(chǎn)生較大的du/(dt)時，通過電纜中的寄生電容產(chǎn)生共模干擾電流，ic(t)=Cdudt該共模干擾產(chǎn)生電磁干擾在頻率一般分布在幾千赫茲到約三十兆赫茲之間。

　　2.3發(fā)動機

　　目前礦用電力無軌膠輪車的主要動力為ISG電機，該種電機的電流幅值和頻率隨著路況、車速以及輸出功率頻繁變化，其電機轉(zhuǎn)速與三向電流頻率之間的關(guān)系為:(1)P為ISG電機對數(shù)，通常電機對數(shù)為4;礦用電力無軌膠輪車啟動階段電機轉(zhuǎn)速約為700～900r/min，在機車不同工況行駛階段電機轉(zhuǎn)速約為900～3500r/min，其中任一相電流A的表達式為:f(t)=f(t+kT)(2)傅里葉級數(shù)展開為:式中第一項為直流分量，第二項以后為基波分量和其他高次諧波。隨著工況及車載電源的不同，礦用電動機車電源輸入端的電流通常在60A～200A之間變化，頻率范圍在45～200Hz之間，同時根據(jù)式(3)諧波電流的幅值隨諧波次數(shù)疊加而快速減小，因此6次以后的諧波對周圍電磁輻射可基本忽略，所以礦用電動機車發(fā)動機及相應(yīng)的動力電纜上產(chǎn)生的主要是低頻電磁干擾[6]。

　　3電磁干擾解決方案

　　各種可能產(chǎn)生電磁場的設(shè)備對周圍形成的干擾都需要具備三個要素:干擾源、干擾傳播路徑和易被干擾的敏感設(shè)備，這三個要素任何一個要素得到抑制，整個電磁兼容效果都會得到改善。由于煤礦井下生產(chǎn)特殊環(huán)境的限制，在相對狹小封閉的空間內(nèi)有大量的高壓電氣和變頻器設(shè)備并且在現(xiàn)有技術(shù)水平下不會有太大改變，所以只能接受外部干擾源的客觀存在，而解決干擾的方式就是通過結(jié)構(gòu)、材料、電氣電路等的改進削弱干擾的傳播途徑和加強對敏感設(shè)備的保護，同時抑制自身內(nèi)部的干擾源的產(chǎn)生。

　　(1)優(yōu)化傳播途徑中的干擾，首先改進屏蔽體結(jié)構(gòu)，在裝配面涂導(dǎo)電膠并編制金屬絲線增加對干擾源的屏蔽能力;通過設(shè)計多個穿腔端子的方式使普通信號和相對高頻信號通過不同的穿腔端子實現(xiàn)各隔爆腔之間的通訊，并配置屏蔽電纜增加接地點，使信號間相互隔離，該種方法可以較好的解決礦用電動機車發(fā)動機所產(chǎn)生的低頻干擾。

　　(2)增強易被干擾敏感設(shè)備的抗干擾能力，在各個易被干擾敏感模塊的電源端并入適量的電容，旁路開關(guān)電源和電機啟動帶來的高頻干擾，必要時加入電源濾波模塊隔離輸出的干擾信號。

　　4結(jié)論

　　經(jīng)過對已取得煤礦安標(biāo)的礦用電力無軌膠輪車整體電控系統(tǒng)電磁兼容性重新設(shè)計，礦用電力無軌膠輪車電控系統(tǒng)的工作穩(wěn)定性，電源管理系統(tǒng)的抗干擾能力和發(fā)動機等動力模塊的干擾抑制能力得到有效的提高。針對在礦用井下環(huán)境礦用電力無軌膠輪車的試驗和數(shù)據(jù)分析，為豐富提高礦用電力機車的電磁兼容性優(yōu)化設(shè)計，進一步完善行業(yè)檢驗方法的起草、檢驗有效性閥值的選取提供理論依據(jù)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的制定提供理論依據(jù)。

　　參考文獻

　　[1]李博.礦用車載型鋰離子電源管理系統(tǒng)設(shè)計[J].金屬礦山，2012.455(5):134-138.

　　[2]李博.煤礦井下備用電源網(wǎng)絡(luò)化電池管理系統(tǒng)研究[J].自動化與儀器儀表，2012(6):42-45.

　　[3]石晶，李運杰，程浩.動力電池組均衡充電的研究[J].遼寧工業(yè)大學(xué)學(xué)報(自然版)，2013(4):96-99.

　　[4]陳特放，劉騫等.電力機車用110V大功率高頻開關(guān)電源電磁兼容性[J].中國鐵道科學(xué)，2005.26(3):100-105.