? 軍用全電特種車輛的最大攔路虎——電磁兼容問題-杭州遠方光電信息股份有限公司

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    軍用全電特種車輛的最大攔路虎——電磁兼容問題

    2020-06-22581

    全電特種車輛是以整車“全電化”為特征,以電傳動系統為基礎,裝有電炮系統、電裝甲系統,同時將戰場管理系統、火控系統、防護系統等掛接到綜合電子信息系統,并連接“頂層”戰術網絡的特種車輛。能夠與其他陸地與空中平臺組成一個網絡作戰系統,進行協同作戰。因此,以全電特種車輛為平臺組成的網絡作戰系統,其戰斗力顯然將成倍地增加。

    電傳動技術指的是應用電力電子技術和控制技術,將發電機、電動機以及控制器代替傳統的機械傳動裝置來驅動車輛的技術。電傳動系統比傳統機械傳動裝置具有無級調速、任意半徑轉向、沒有機械傳動換擋的沖擊振動以及加速性、靈活性髙、部件布置方便和模塊化實現簡單等很多優點;但同時,因大功率電子電氣設備在系統中被廣泛采用,且電能產生、輸送過程中多次整流、變換,必然會導致電磁干擾信號的產生,由此給全車供用電設備帶來的電磁兼容問題也是不容忽視的,它在很大程度上成為制約電傳動系統發展應用的一個關鍵因素。

      全電特種車輛電傳動系統不僅為驅動裝置提供電能,而且也為車內其它用電設備供電,滿足車輛的行駛、電裝甲、火力及其控制、通信等能源需要,而電傳動系統空間有限,設備分布密集,系統內的電磁兼容問題十分突出^全電特種車輛電傳動系統對車內電磁兼容性能影響主要表現在:PWM(脈沖寬度調制)技術中的高電流和快速轉換速率使供電線路中產生了大量的瞬變干擾;逆變器、變頻器的使用帶來更為突出的諧波問題;瞬變干擾和諧波對全車電路性能產生較大影響;電傳動系統內部的電機組件等大功率設備的使用影響易敏感設備的正常工作?。對全電特種車輛電傳動系統電磁兼容性能分析研究,歸納為如下三個方面:

    ① 電傳動系統對全車電子電路的傳導干擾

    ② 電傳動系統對敏感設備的輻射干擾

    ③ 電傳動系統內部的自擾

    由于供電分系統器件的開關特性——強非線性,電傳動系統在運行時會產生大量的諧波干擾,造成正弦波形畸變,使電能質量下降,給發供電設備及用電設備帶來嚴重危害。例如會使電氣設備增加損耗和過載,過熱并產生絕緣老化,使用壽命縮短,甚至發生故障或燒毀的結果。另外諧波對無線電通信設備和髙精度電子設備會產生嚴重干擾。傳感器器件在車輛探測、控制、保護、觀瞄等系統中應用廣泛,其中部分對電磁效應十分敏感,易遭受諧波干擾。

    綜合全電力推進系統中產生的諧波來源首先來自同步發電機。同步發電機產生的諧波電動勢,磁極磁場不可能完全做到按正弦規律分布,它里面除正弦基波外,往往包含有一系列髙次諧波。這些高次諧波磁場在定子線圈里自然會感應出相應的高次諧波電勢;另外,由于定子槽開口,造成氣隙磁導不均勻,也使電動勢中產生了附加的諧波分量,即齒諧波。

    此外還來自整流逆變變頻系統。整流電路與交流發電機直接相連,所以它本身產生的諧波干擾和電磁噪聲,以及由它供電的后級電路產生的電磁噪聲,均可通過整流電路以傳導耦合的形式引入電網,造成對接在同一電路內的其他設備的干擾;逆變器工作過程中不可避免會產生諧波分量;電傳動系統采用變頻器進行調速,而諧波頻率又隨頻率變化,使得變頻電路輸入電流的諧波分量十分復雜,其頻率不僅和輸入電源頻率、變頻電路的結構有關,而且和變頻電路的輸出頻率有關。

                                     


     

    全電特種車輛上除綜合電子信息系統外還集成有電炮系統、電裝甲系統以及火控、觀瞄等上裝系統,其用電設備的數量和規模遠超一般裝甲車輛,為實現電氣、電子信息傳輸必然導致非常多的電纜和電線的互連。瞬變干擾沿著供電電纜和接地導體傳播,或通過線纜間的耦合直接進入設備的最薄弱環節,嚴重影響用電設備的性能。

    全電特種車輛作為未來裝甲部隊網絡化作戰的重要支撐平臺,其車輛綜合電子信息系統具有極高的信息化水平,集成了大量先進的電子設備,其靈敏度之高、自動化檢測功能之齊全是前所未有的,如高精度采集控制系統和先進的無線電通信設備、導航定位設備等,但它們都屬于對電磁輻射十分敏感的設備,極易受到外部電磁輻射的影響。

    全電車輛電傳動系統中的發電機、驅動電機等大功率設備工作時會向外輻射高頻電磁能量,在相對封閉的車體空間內構成能流密集的電磁輻射區域,對上述電磁敏感設備形成輻射干擾^對采集控制系統中的電磁敏感元器件易造成飽和失效,從而導致儀表數據不準確及顯示不正常;對通信設備極易通過天線端口耦合進入設備內部,導致通信效果顯著下降,造成設備內部電子線路、元器件的誤操作,甚至會燒毀或擊穿元器件;由于車內空尚有限,電傳動系統用于傳輸大功率的電纜和其附近敷設的電纜也會產生互相間的感應和耦合,影響電纜中信號的傳輸,從而對導航定位系統產生影響。

    全電特種車輛電傳動系統引起的電磁干擾主要源于傳導干擾,對干擾源進行主動限制是最為重要的。在對電傳動系統的電磁干擾現象和來源進行上述分析的基礎上,采取相應措施對全電特種車輛電傳動系統電磁兼容性能進行防護。

    (一)

    空間時間上合理分配。干擾源設備與敏感設備在車內總體安裝時應分開布置,將主要的大功率干擾源一-電傳動系統的發動機-發電機組、整流逆變變頻系統、驅動電機、控制單元等,合理布置于前側動力艙,敏感設備依托總線布局置于后側乘員艙內時間上,可對有些干擾源設備與敏感設備采用分時工作,分時工作的方式取決于設備的類型、工況及最低工作時間間隔。

    (二)

    采取隔離供電措施。交流電源采用隔離變壓器,直流電源除帶繼電器、接觸器、指示燈外,特殊用電采用開關電源隔離。電傳動系統輔助用電應盡可能避免與導航、通信設備使用同一電源。

    (三)

    采用特定濾波器抑制諧波。各用電設備應通過配接特定濾波器來抑制諧波干擾,即:選擇無源濾波器控制高次諧波,選用有源濾波器抵消諧波電流影響。

    (四)

    采用軟開關技術替代硬開關降低瞬態噪聲。電傳動系統瞬態干擾主要是因逆變器中的半導體器件在電壓不為零的情況下開通或電流不為零的情況下關斷(硬開關)所造成的,采用近來出現的軟開關技術(零電壓或零電流開關)可有效降低干擾,提高設備穩定性。

    (五)

    合理敷設電纜。要求電纜敷設使電纜帶來的干擾要小,減少互相間的感應和耦合。乘員艙內的電力電纜盡可能靠近金屬車壁敷設,單芯電纜的來向和去向線應緊靠同一路徑一起敷設。供電電纜和信號控制電纜應分層隔離,其中供電電纜應遠離低電平信號電纜、數據信號傳輸線及接地電纜。

    (六)

    可靠接地。對車內裝載的電子設備均采用機殼就近單點接地,信號電纜屏蔽層也采用單點接地;但電力電纜屏蔽層應盡可能多點接地,其屏蔽導管多點接地。

    (七)

    敏感設備或器件需重點防護??梢圆捎脭底诌壿嬰娐放c軟件技術相結合,利用錯誤糾正碼、干擾中斷技術、預置及復測等軟件手段檢査并糾正錯誤,去掉進入系統干擾危害或切斷干擾。在含有MOS、A/D等芯片的印刷板上、接頭上進行靜電涂覆,以彌補靜電保護的不足。

     


     

    電傳動系統作為全車特種車輛整車“全電化”的基礎,其關鍵技術之一就是電磁兼容技術。只有對電傳動系統的電磁兼容性能進行合理有效控制,才能使電傳動系統充分發揮效能,更好地達到其使用目的。在注重將髙新電力電子技術引入全電特種車輛研發進程的同時,綜合考慮系統間、設備間的互兼容及自兼容性能,開展總體設計、總體布局研究,采取科學有效的電磁兼容措施,對于顯著提升全電特種車輛信息作戰防護能力,加快全電化實車實裝配備進程,具有十分重大的現實意義。

     


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