军用全电特种车辆的最大拦途虎——电磁兼容题

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所属分类:运输船
全电特种车辆是以整车全电化为特征,以电传动系统为基础,装有电炮系统、电装甲系统,同时将战场管理系统、火控系统、防护系统等挂接到综合电子信息系统,并连接顶层战术网络的
军用全电特种车辆的最大拦途虎——电磁兼容题

军用全电特种车辆的最大拦途虎——电磁兼容题

  全电特种车辆是以整车“全电化”为特征,以电传动系统为基础,装有电炮系统、电装甲系统,同时将战场管理系统、火控系统、防护系统等挂接到综合电子信息系统,并连接“顶层”战术网络的特种车辆。能够与其他陆地与空中平台组成一个网络作战系统,进行协同作战。因此,以全电特种车辆为平台组成的网络作战系统,其战斗力显然将成倍地增加。

  电传动技术指的是应用电力电子技术和控制技术,将发电机、电动机以及控制器代替传统的机械传动装置来驱动车辆的技术。电传动系统比传统机械传动装置具有无级调速、任意半径转向、没有机械传动换挡的冲击振动以及加速性、灵活性髙、部件布置方便和模块化实现简单等很多优点;但同时,因大功率电子电气设备在系统中被广泛采用,且电能产生、输送过程中多次整流、变换,必然会导致电磁干扰信号的产生,由此给全车供用电设备带来的电磁兼容问题也是不容忽视的,它在很大程度上成为制约电传动系统发展应用的一个关键因素。

军用全电特种车辆的最大拦途虎——电磁兼容题

  全电特种车辆电传动系统不仅为驱动装置提供电能,而且也为车内其它用电设备供电,满足车辆的行驶、电装甲、火力及其控制、通信等能源需要,而电传动系统空间有限,设备分布密集,系统内的电磁兼容问题十分突出^全电特种车辆电传动系统对车内电磁兼容性能影响主要表现在:PWM(脉冲宽度调制)技术中的高电流和快速转换速率使供电线路中产生了大量的瞬变干扰;逆变器、变频器的使用带来更为突出的谐波问题;瞬变干扰和谐波对全车电路性能产生较大影响;电传动系统内部的电机组件等大功率设备的使用影响易敏感设备的正常工作〜。对全电特种车辆电传动系统电磁兼容性能分析研究,归纳为如下三个方面:电传动系统对全车电子电路的传导干扰、电传动系统对敏感设备的辐射干扰、电传动系统内部的自扰。

  由于供电分系统器件的开关特性——强非线性,电传动系统在运行时会产生大量的谐波干扰,造成正弦波形畸变,使电能质量下降,给发供电设备及用电设备带来严重危害。例如会使电气设备增加损耗和过载,过热并产生绝缘老化,使用寿命缩短,甚至发生故障或烧毁的结果。另外谐波对无线电通信设备和髙精度电子设备会产生严重干扰。传感器器件在车辆探测、控制、保护、观瞄等系统中应用广泛,其中部分对电磁效应十分敏感,易遭受谐波干扰。

  综合全电力推进系统中产生的谐波来源首先来自同步发电机。同步发电机产生的谐波电动势,磁极磁场不可能完全做到按正弦规律分布,它里面除正弦基波外,往往包含有一系列髙次谐波。这些高次谐波磁场在定子线圈里自然会感应出相应的高次谐波电势;另外,由于定子槽开口,造成气隙磁导不均匀,也使电动势中产生了附加的谐波分量,即齿谐波。

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  此外还来自整流逆变变频系统。整流电路与交流发电机直接相连,所以它本身产生的谐波干扰和电磁噪声,以及由它供电的后级电路产生的电磁噪声,均可通过整流电路以传导耦合的形式引入电网,造成对接在同一电路内的其他设备的干扰;逆变器工作过程中不可避免会产生谐波分量;电传动系统采用变频器进行调速,而谐波频率又随频率变化,使得变频电路输入电流的谐波分量十分复杂,其频率不仅和输入电源频率、变频电路的结构有关,而且和变频电路的输出频率有关。

  全电特种车辆上除综合电子信息系统外还集成有电炮系统、电装甲系统以及火控、观瞄等上装系统,其用电设备的数量和规模远超一般装甲车辆,为实现电气、电子信息传输必然导致非常多的电缆和电线的互连。瞬变干扰沿着供电电缆和接地导体传播,或通过线缆间的耦合直接进入设备的最薄弱环节,严重影响用电设备的性能。

  全电特种车辆作为未来装甲部队网络化作战的重要支撑平台,其车辆综合电子信息系统具有极高的信息化水平,集成了大量先进的电子设备,其灵敏度之高、自动化检测功能之齐全是前所未有的,如高精度采集控制系统和先进的无线电通信设备、导航定位设备等,但它们都属于对电磁辐射十分敏感的设备,极易受到外部电磁辐射的影响。

军用全电特种车辆的最大拦途虎——电磁兼容题

  全电车辆电传动系统中的发电机、驱动电机等大功率设备工作时会向外辐射高频电磁能量,在相对封闭的车体空间内构成能流密集的电磁辐射区域,对上述电磁敏感设备形成辐射干扰^对采集控制系统中的电磁敏感元器件易造成饱和失效,从而导致仪表数据不准确及显示不正常;对通信设备极易通过天线端口耦合进入设备内部,导致通信效果显著下降,造成设备内部电子线路、元器件的误操作,甚至会烧毁或击穿元器件;由于车内空尚有限,电传动系统用于传输大功率的电缆和其附近敷设的电缆也会产生互相间的感应和耦合,影响电缆中信号的传输,从而对导航定位系统产生影响。

  全电特种车辆电传动系统引起的电磁干扰主要源于传导干扰,对干扰源进行主动限制是最为重要的。在对电传动系统的电磁干扰现象和来源进行上述分析的基础上,采取相应措施对全电特种车辆电传动系统电磁兼容性能进行防护。

  第一、空间时间上合理分配。干扰源设备与敏感设备在车内总体安装时应分开布置,将主要的大功率干扰源一-电传动系统的发动机-发电机组、整流逆变变频系统、驱动电机、控制单元等,合理布置于前侧动力舱,敏感设备依托总线布局置于后侧乘员舱内时间上,可对有些干扰源设备与敏感设备采用分时工作,分时工作的方式取决于设备的类型、工况及最低工作时间间隔。

  第二、采取隔离供电措施。交流电源采用隔离变压器,直流电源除带继电器、接触器、指示灯外,特殊用电采用开关电源隔离。电传动系统辅助用电应尽可能避免与导航、通信设备使用同一电源。

  第三、采用特定滤波器抑制谐波。各用电设备应通过配接特定滤波器来抑制谐波干扰,即:选择无源滤波器控制高次谐波,选用有源滤波器抵消谐波电流影响。

  第四、采用软开关技术替代硬开关降低瞬态噪声。电传动系统瞬态干扰主要是因逆变器中的半导体器件在电压不为零的情况下开通或电流不为零的情况下关断(硬开关)所造成的,采用近来出现的软开关技术(零电压或零电流开关)可有效降低干扰,提高设备稳定性。

  第五、合理敷设电缆。要求电缆敷设使电缆带来的干扰要小,减少互相间的感应和耦合。乘员舱内的电力电缆尽可能靠近金属车壁敷设,单芯电缆的来向和去向线应紧靠同一路径一起敷设。供电电缆和信号控制电缆应分层隔离,其中供电电缆应远离低电平信号电缆、数据信号传输线及接地电缆。

  第六、可靠接地。对车内装载的电子设备均采用机壳就近单点接地,信号电缆屏蔽层也采用单点接地;但电力电缆屏蔽层应尽可能多点接地,其屏蔽导管多点接地。

  第七、敏感设备或器件需重点防护。可以采用数字逻辑电路与软件技术相结合,利用错误纠正码、干扰中断技术、预置及复测等软件手段检査并纠正错误,去掉进入系统干扰危害或切断干扰。在含有MOS、A/D等芯片的印刷板上、接头上进行静电涂覆,以弥补静电保护的不足。

  电传动系统作为全车特种车辆整车“全电化”的基础,其关键技术之一就是电磁兼容技术。只有对电传动系统的电磁兼容性能进行合理有效控制,才能使电传动系统充分发挥效能,更好地达到其使用目的。在注重将髙新电力电子技术引入全电特种车辆研发进程的同时,综合考虑系统间、设备间的互兼容及自兼容性能,开展总体设计、总体布局研究,采取科学有效的电磁兼容措施,对于显著提升全电特种车辆信息作战防护能力,加快全电化实车实装配备进程,具有十分重大的现实意义。返回搜狐,查看更多