列车磁轨制动器电磁特性测试及分析

列车磁轨制动器电磁特性测试及分析

王岩，韩龙，张博，谷朝健，矫成斌

（中车青岛四方机车车辆股份有限公司，青岛，266111）

摘要：对磁轨制动器的电源端子进行传导骚扰电压和传导骚扰电流测量，对磁轨制动器周边区域低频磁场的测量。列举了测试设备、方法以及标准规定的限值范围，各项测试结果均在相关标准的限值规定范围内。磁轨制动器的使用不会干扰列车设备的正常运行，更不会对车内乘客健康造成影响。

关键词：磁轨制动器，电磁兼容，电磁干扰，电磁辐射

1. 引言

现代列车非常多的应用了电气设备和电子元件，智能化水平越来越高。输电线路及车载设备间的电磁干扰问题是列车设计制造需要非常重视的问题。磁轨制动器的工作原理是采用永磁体或电磁铁，通过电流对磁场的控制，使磁轨制动器吸附在铁轨上，随列车的行进而摩擦轨道，产生制动减速的作用。磁轨制动器具有外放磁场、大电流等特点，需要对其进行电磁特性的研究，以明确其对其他车载设备的影响。乘客对磁轨制动器的电磁辐射也存在疑虑，担心其对车载人员的健康造成不良影响。

为研究磁轨制动器的电磁特性，组织了对某型磁轨制动器的电磁兼容测试试验，并分析其对车载设备及车载人员的影响。

2.测试方法及限值要求

依据《EN50121-3-2:2015 轨道交通设施.电磁兼容性. 第3-2部分: 机车车辆 设备》标准中测试方法与评判依据进行试验及数据分析，主要进行电源端子传导骚扰电压、传导骚扰电流的测量，静电放电抗扰度的测试。依据标准《EN 50500：2009铁路环境中关于人体辐射的电子和电器装置产生的磁场等级测量程序》测量磁轨制动器周边区域的低频磁场，5Hz～32kHz的交流低频磁通密度和直流磁通密度。判断试验结果是否满足上述标准以及《ICNIRP:1998 300GHz以下时变电场、磁场、电磁场暴露限值》和《EN45502-2-1:2004主动植入式医疗器械-第2-1部分：对旨在治疗缓慢性心律失常的主动植入式医疗器械的特别要求（心脏起搏器）》中的限值要求。

被试磁轨制动器的主要技术参数如下所示：

额定电压DC 24V

允许电压波动70%～125%

额定电流40A

线圈电阻0.6

吸附力70kN

绝缘温度等级155℃

连接电缆2×10 mm2

工作间隙8～12mm

2.1传导骚扰电压测试

被试磁轨制动器通电24V，与钢轨表面吸合，测量24V电源线上的传导骚扰电压情况，所用试验设备见表1。

表1 传导骚扰电压测试设备

将电压探头连接至线缆接线端子处，通过同轴电缆将探头连接至EMI测试接收机，测量线缆上9kHz～30MHz频率范围内的传导骚扰电压。

图1 传导骚扰电压测量布置示意图

EN50121-3-2:2015轨道交通设施 电磁兼容性 第3-2部分：轨道交通车辆 设备限值中规定传导骚扰电压的限值如下表所示：

表2 传导骚扰电压限值

2.2传导骚扰电流测试

测量磁轨制动器24V输入线上的传导骚扰电流情况，所用试验设备见表3。

表3 传导骚扰电流测试设备

将电流探头卡在检测装置被测线缆上，通过同轴电缆将探头连接至EMI测试接收机，测量线缆上9kHz～30MHz的传导骚扰电流。

图2 传导骚扰电流测量布置示意图

EN50121-3-2:2015中规定传导骚扰电流的限值如下表所示：

表4 传导骚扰电流限值

其中，电流限值为50Ω测量系统中进行换算出来的，算式如下：

dBµA=dBµV-20×log50=dBµV-34

2.3磁通密度测试

依据EN50500:2009测量磁轨制动器周边区域的低频磁场，5Hz～32kHz的交流低频磁通密度和直流磁通密度，所用试验设备见表5。

表5 传导骚扰电压测试设备

分别测量磁轨制动器在24V、16.8V和30V的供电电压下，距离磁轨制动器0cm，30cm磁通密度的最大值。对于测点6、8、和测点9，增加50cm和100cm处的磁通密度值。在改变磁轨制动器与轨面的吸合距离后（8mm）重复上述测量。测点位置及测点编号如图3所示，9号测点位于磁轨制动器正上方。

图3 磁通密度测点位置图

EN45502-2-1:2004标准要求静磁场限值不大于1 mT； ICNIRP:1998标准中要求交变磁场限值如图4图5所示，频率 5Hz～20kHz。

图4 职业照射（0.9m和1.5m处）和公众照射（0.3m处）限值曲线

图5 公众照射（0.9m和1.5m处）限值曲线

3.测试结果及分析

3.1传导骚扰电压测试

本项试验共计进行了18个工况的测试，典型工况结果如图6所示。

（a）

（b）

图6 传导骚扰电压测试结果

传导骚扰电压的测量结果表明，所有工况下的测量结果未出现超出限值的情况。传导骚扰电压的测量结果随磁轨制动器供电电压的变化（16.8V、24V、30V）和与轨面是否吸合无明显差异。

注：由于试验场地的限制，环境背景电磁噪声较大，传导骚扰电压的测量结果可能较真实值偏大。

3.2传导骚扰电流测试

本项试验共计进行了28个工况的测试，典型工况结果如图7所示。

（a）

（b）

图7 传导骚扰电流测试结果

传导骚扰电流测量结果表明，所有工况下的测量结果未出现超出限值的情况。传导骚扰电流的传导骚扰电流的测量结果随磁轨制动器供电电压的变化（16.8V、24V、30V）和与轨面是否吸合无明显差异。

注：由于试验场地的限制，环境背景电磁噪声较大，传导骚扰电流的测量结果可能较真实值偏大。

3.3磁通密度测试

本项试验共计进行了6个工况各9个测点的测试，综合所有测试结果，位于磁轨制动器正上方的9号测点的数据最大，其结果如表6和图8所示。

表6  DC24V吸合时9号测点磁通密度测量数据

注：特斯拉1T=1×103mT=1×106μT=1×109nT。

图8  DC24V吸合时9号测点交流低频磁场频谱图

由直流和交流磁通密度的测量数据可以得出如下结论：

1）在距离磁轨制动器30cm处直流磁通密度全部满足小于1mT；

2）全部测点在距离磁轨制动器0cm时交流磁通密度在5Hz～2kHz的频谱未出现超出标准限值的情况。

3）磁轨制动器通电后，与轨面吸合时的磁通密度小于与轨面间距8mm时的磁通密度，这是由于与轨面吸合时漏磁小于与轨面间距8mm的状态。

4）磁轨制动器分别在16.8V、24V和30V的供电电压下，同一测点的磁通密度测量结果随电压的增加而增加，这是由于随着电压的增加，磁轨制动器中的电流变大，造成磁通密度值变大。

4. 总结

综合各个工况的试验结果，说明该型磁轨制动器的传导骚扰电压、传导骚扰电流和磁通密度均在相关标准的限值规定范围内。结合列车实际结构及运行情况，该型磁轨制动器在使用过程中，其电磁特性不会干扰列车设备的正常运行，更不会对车内乘客健康造成影响。

参考文献：

[1]EN50121-3-2:2015, 轨道交通设施.电磁兼容性. 第3-2部分: 机车车辆 设备[S]

[2]EN 50500：2009, 铁路环境中关于人体辐射的电子和电器装置产生的磁场等级测量程序[S]

[3]ICNIRP:1998 , 300GHz以下时变电场、磁场、电磁场暴露限值[S]

[4]EN45502-2-1:2004, 主动植入式医疗器械 第2-1部分：对旨在治疗缓慢性心律失常的主动植入式医疗器械的特别要求（心脏起搏器）[S]