礦用電力機(jī)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(dòng)了礦業(yè)的發(fā)展，但是，礦用電力機(jī)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(tuán)鞍山冶金設(shè)計(jì)研究總院主辦。主要報(bào)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(jìn)技術(shù)及經(jīng)驗(yàn)。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(dòng)態(tài)、生產(chǎn)實(shí)踐等的學(xué)術(shù)論文和先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)以及國家(省、部)基金資助項(xiàng)目的研究成果及出國考察報(bào)告。

　　針對目前礦用電力機(jī)車動(dòng)力電源本身產(chǎn)生較強(qiáng)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(shí)由于所處現(xiàn)場環(huán)境多種電磁干擾也會(huì)對電力機(jī)車和蓄電池管理系統(tǒng)可靠運(yùn)行造成隱患，在實(shí)驗(yàn)室模擬工況和現(xiàn)場多種工況下提取電力機(jī)車用開關(guān)電源、發(fā)動(dòng)機(jī)控制器和機(jī)車發(fā)動(dòng)機(jī)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(jī)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(jī)車的電磁兼容性、抗干擾能力和進(jìn)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(dòng)力的機(jī)車也成為礦用機(jī)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(shí)際應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)礦用電動(dòng)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(xiǎn)需要電池管理系統(tǒng)對鋰離子蓄電池進(jìn)行實(shí)時(shí)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(dòng)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(dòng)力機(jī)車電動(dòng)力系統(tǒng)可靠運(yùn)行，采取相應(yīng)的改進(jìn)措施。

　　1礦用動(dòng)力機(jī)車電動(dòng)力系統(tǒng)組成

　　礦用機(jī)車動(dòng)力系統(tǒng)主要包括:鋰離子蓄電池組、集成發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)器、發(fā)動(dòng)機(jī)、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(jī)車用開關(guān)電源本身就是一個(gè)大的電磁干擾源，同時(shí)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(jī)車的一種———無軌膠輪車各部件單獨(dú)工作狀態(tài)的測試分析發(fā)現(xiàn)，開關(guān)電源和驅(qū)動(dòng)電機(jī)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(gè)系統(tǒng)的動(dòng)力和對電池的安全管理，是最需要進(jìn)行電磁保護(hù)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(jī)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(diǎn)，特別在車輛啟停和突然加速階段會(huì)產(chǎn)生極高的du/(dt)，整個(gè)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(jìn)行輻射干擾[5]。

　　2.2發(fā)動(dòng)機(jī)控制器

　　發(fā)動(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)進(jìn)行控制，同開關(guān)電源啟動(dòng)一樣會(huì)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(dòng)電機(jī)提供一個(gè)高電平的控制信號時(shí)，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(dòng)電壓提供一個(gè)低電平的控制信號時(shí)，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(dòng)機(jī)控制器不斷動(dòng)作，必然會(huì)伴隨一個(gè)瞬時(shí)的上升和下降時(shí)間，集電極和發(fā)射極之間就會(huì)形成一個(gè)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(shí)，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(dòng)機(jī)

　　目前礦用電力無軌膠輪車的主要?jiǎng)恿�為ISG電機(jī)，該種電機(jī)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(jī)轉(zhuǎn)速與三向電流頻率之間的關(guān)系為:(1)P為ISG電機(jī)對數(shù)，通常電機(jī)對數(shù)為4;礦用電力無軌膠輪車啟動(dòng)階段電機(jī)轉(zhuǎn)速約為700～900r/min，在機(jī)車不同工況行駛階段電機(jī)轉(zhuǎn)速約為900～3500r/min，其中任一相電流A的表達(dá)式為:f(t)=f(t+kT)(2)傅里葉級數(shù)展開為:式中第一項(xiàng)為直流分量，第二項(xiàng)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(dòng)機(jī)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(shí)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(dòng)機(jī)車發(fā)動(dòng)機(jī)及相應(yīng)的動(dòng)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(gè)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(gè)要素任何一個(gè)要素得到抑制，整個(gè)電磁兼容效果都會(huì)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(huì)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(jìn)削弱干擾的傳播途徑和加強(qiáng)對敏感設(shè)備的保護(hù)，同時(shí)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(jìn)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(jì)多個(gè)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(shí)現(xiàn)各隔爆腔之間的通訊，并配置屏蔽電纜增加接地點(diǎn)，使信號間相互隔離，該種方法可以較好的解決礦用電動(dòng)機(jī)車發(fā)動(dòng)機(jī)所產(chǎn)生的低頻干擾。

　　(2)增強(qiáng)易被干擾敏感設(shè)備的抗干擾能力，在各個(gè)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(jī)啟動(dòng)帶來的高頻干擾，必要時(shí)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(jì)，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(dòng)機(jī)等動(dòng)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(yàn)和數(shù)據(jù)分析，為豐富提高礦用電力機(jī)車的電磁兼容性優(yōu)化設(shè)計(jì)，進(jìn)一步完善行業(yè)檢驗(yàn)方法的起草、檢驗(yàn)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(xiàn)

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

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

　　[4]陳特放，劉騫等.電力機(jī)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.