軍用全電特種車輛的最大攔路虎——電磁兼容問題

全電特種車輛是以整車“全電化”為特征，以電傳動系統(tǒng)為基礎(chǔ),裝有電炮系統(tǒng)、電裝甲系統(tǒng)，同時將戰(zhàn)場管理系統(tǒng)、火控系統(tǒng)、防護(hù)系統(tǒng)等掛接到綜合電子信息系統(tǒng)，并連接“頂層”戰(zhàn)術(shù)網(wǎng)絡(luò)的特種車輛。能夠與其他陸地與空中平臺組成一個網(wǎng)絡(luò)作戰(zhàn)系統(tǒng)，進(jìn)行協(xié)同作戰(zhàn)。因此，以全電特種車輛為平臺組成的網(wǎng)絡(luò)作戰(zhàn)系統(tǒng)，其戰(zhàn)斗力顯然將成倍地增加。

電傳動技術(shù)指的是應(yīng)用電力電子技術(shù)和控制技術(shù)，將發(fā)電機(jī)、電動機(jī)以及控制器代替?zhèn)鹘y(tǒng)的機(jī)械傳動裝置來驅(qū)動車輛的技術(shù)。電傳動系統(tǒng)比傳統(tǒng)機(jī)械傳動裝置具有無級調(diào)速、任意半徑轉(zhuǎn)向、沒有機(jī)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(xiàn)簡單等很多優(yōu)點;但同時，因大功率電子電氣設(shè)備在系統(tǒng)中被廣泛采用，且電能產(chǎn)生、輸送過程中多次整流、變換，必然會導(dǎo)致電磁干擾信號的產(chǎn)生，由此給全車供用電設(shè)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(tǒng)發(fā)展應(yīng)用的一個關(guān)鍵因素。

全電特種車輛電傳動系統(tǒng)不僅為驅(qū)動裝置提供電能，而且也為車內(nèi)其它用電設(shè)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(tǒng)空間有限，設(shè)備分布密集，系統(tǒng)內(nèi)的電磁兼容問題十分突出^全電特種車輛電傳動系統(tǒng)對車內(nèi)電磁兼容性能影響主要表現(xiàn)在：PWM(脈沖寬度調(diào)制）技術(shù)中的高電流和快速轉(zhuǎn)換速率使供電線路中產(chǎn)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(chǎn)生較大影響；電傳動系統(tǒng)內(nèi)部的電機(jī)組件等大功率設(shè)備的使用影響易敏感設(shè)備的正常工作?。對全電特種車輛電傳動系統(tǒng)電磁兼容性能分析研究，歸納為如下三個方面：

電傳動系統(tǒng)對全車電子電路的傳導(dǎo)干擾 電傳動系統(tǒng)對敏感設(shè)備的輻射干擾 電傳動系統(tǒng)內(nèi)部的自擾

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

綜合全電力推進(jìn)系統(tǒng)中產(chǎn)生的諧波來源首先來自同步發(fā)電機(jī)。同步發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的諧波電動勢，磁極磁場不可能完全做到按正弦規(guī)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(yīng)出相應(yīng)的高次諧波電勢；另外，由于定子槽開口，造成氣隙磁導(dǎo)不均勻，也使電動勢中產(chǎn)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(tǒng)。整流電路與交流發(fā)電機(jī)直接相連，所以它本身產(chǎn)生的諧波干擾和電磁噪聲，以及由它供電的后級電路產(chǎn)生的電磁噪聲，均可通過整流電路以傳導(dǎo)耦合的形式引入電網(wǎng)，造成對接在同一電路內(nèi)的其他設(shè)備的干擾;逆變器工作過程中不可避免會產(chǎn)生諧波分量；電傳動系統(tǒng)采用變頻器進(jìn)行調(diào)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(fù)雜，其頻率不僅和輸入電源頻率、變頻電路的結(jié)構(gòu)有關(guān)，而且和變頻電路的輸出頻率有關(guān)。

全電特種車輛上除綜合電子信息系統(tǒng)外還集成有電炮系統(tǒng)、電裝甲系統(tǒng)以及火控、觀瞄等上裝系統(tǒng)，其用電設(shè)備的數(shù)量和規(guī)模遠(yuǎn)超一般裝甲車輛，為實現(xiàn)電氣、電子信息傳輸必然導(dǎo)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(dǎo)體傳播，或通過線纜間的耦合直接進(jìn)入設(shè)備的最薄弱環(huán)節(jié)，嚴(yán)重影響用電設(shè)備的性能。

全電特種車輛作為未來裝甲部隊網(wǎng)絡(luò)化作戰(zhàn)的重要支撐平臺，其車輛綜合電子信息系統(tǒng)具有極高的信息化水平，集成了大量先進(jìn)的電子設(shè)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(tǒng)和先進(jìn)的無線電通信設(shè)備、導(dǎo)航定位設(shè)備等，但它們都屬于對電磁輻射十分敏感的設(shè)備，極易受到外部電磁輻射的影響。

全電車輛電傳動系統(tǒng)中的發(fā)電機(jī)、驅(qū)動電機(jī)等大功率設(shè)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(nèi)構(gòu)成能流密集的電磁輻射區(qū)域，對上述電磁敏感設(shè)備形成輻射干擾^對采集控制系統(tǒng)中的電磁敏感元器件易造成飽和失效，從而導(dǎo)致儀表數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確及顯示不正常;對通信設(shè)備極易通過天線端口耦合進(jìn)入設(shè)備內(nèi)部，導(dǎo)致通信效果顯著下降，造成設(shè)備內(nèi)部電子線路、元器件的誤操作，甚至?xí)龤Щ驌舸┰骷挥捎谲噧?nèi)空尚有限，電傳動系統(tǒng)用于傳輸大功率的電纜和其附近敷設(shè)的電纜也會產(chǎn)生互相間的感應(yīng)和耦合，影響電纜中信號的傳輸，從而對導(dǎo)航定位系統(tǒng)產(chǎn)生影響。

全電特種車輛電傳動系統(tǒng)引起的電磁干擾主要源于傳導(dǎo)干擾，對干擾源進(jìn)行主動限制是最為重要的。在對電傳動系統(tǒng)的電磁干擾現(xiàn)象和來源進(jìn)行上述分析的基礎(chǔ)上，采取相應(yīng)措施對全電特種車輛電傳動系統(tǒng)電磁兼容性能進(jìn)行防護(hù)。

第一、空間時間上合理分配。干擾源設(shè)備與敏感設(shè)備在車內(nèi)總體安裝時應(yīng)分開布置，將主要的大功率干擾源一-電傳動系統(tǒng)的發(fā)動機(jī)-發(fā)電機(jī)組、整流逆變變頻系統(tǒng)、驅(qū)動電機(jī)、控制單元等，合理布置于前側(cè)動力艙，敏感設(shè)備依托總線布局置于后側(cè)乘員艙內(nèi)時間上，可對有些干擾源設(shè)備與敏感設(shè)備采用分時工作，分時工作的方式取決于設(shè)備的類型、工況及最低工作時間間隔。

1

第二、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(guān)電源隔離。電傳動系統(tǒng)輔助用電應(yīng)盡可能避免與導(dǎo)航、通信設(shè)備使用同一電源。

2

第三、采用特定濾波器抑制諧波。各用電設(shè)備應(yīng)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。

3

第四、采用軟開關(guān)技術(shù)替代硬開關(guān)降低瞬態(tài)噪聲。電傳動系統(tǒng)瞬態(tài)干擾主要是因逆變器中的半導(dǎo)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(guān)斷(硬開關(guān)）所造成的，采用近來出現(xiàn)的軟開關(guān)技術(shù)（零電壓或零電流開關(guān)）可有效降低干擾，提高設(shè)備穩(wěn)定性。

4

第五、合理敷設(shè)電纜。要求電纜敷設(shè)使電纜帶來的干擾要小，減少互相間的感應(yīng)和耦合。乘員艙內(nèi)的電力電纜盡可能靠近金屬車壁敷設(shè)，單芯電纜的來向和去向線應(yīng)緊靠同一路徑一起敷設(shè)。供電電纜和信號控制電纜應(yīng)分層隔離，其中供電電纜應(yīng)遠(yuǎn)離低電平信號電纜、數(shù)據(jù)信號傳輸線及接地電纜。

5

第六、可靠接地。對車內(nèi)裝載的電子設(shè)備均采用機(jī)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(yīng)盡可能多點接地，其屏蔽導(dǎo)管多點接地。

6

第七、敏感設(shè)備或器件需重點防護(hù)。可以采用數(shù)字邏輯電路與軟件技術(shù)相結(jié)合，利用錯誤糾正碼、干擾中斷技術(shù)、預(yù)置及復(fù)測等軟件手段檢査并糾正錯誤，去掉進(jìn)入系統(tǒng)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(jìn)行靜電涂覆，以彌補(bǔ)靜電保護(hù)的不足。

7

電傳動系統(tǒng)作為全車特種車輛整車“全電化”的基礎(chǔ)，其關(guān)鍵技術(shù)之一就是電磁兼容技術(shù)。只有對電傳動系統(tǒng)的電磁兼容性能進(jìn)行合理有效控制，才能使電傳動系統(tǒng)充分發(fā)揮效能，更好地達(dá)到其使用目的。在注重將髙新電力電子技術(shù)引入全電特種車輛研發(fā)進(jìn)程的同時，綜合考慮系統(tǒng)間、設(shè)備間的互兼容及自兼容性能，開展總體設(shè)計、總體布局研究，采取科學(xué)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(zhàn)防護(hù)能力，加快全電化實車實裝配備進(jìn)程，具有十分重大的現(xiàn)實意義。