刘欢

摘 要 根据《车载电子设备标准》中规定，车载设备除了要满足其基本的性能、可靠性指标外，还要满足相应的电磁兼容指标要求。電磁兼容性设计是一个复杂的工程，而铁氧体磁环是电器设备电磁兼容性设计中抑制干扰非常实用的元件。本文将就铁氧体磁环在轨道交通电磁兼容性中的应用展开详细的研究和探讨。

关键词 轨道交通;电磁兼容性;铁氧体磁环;应用

随着轨道交通行业的不断发展，为了进一步提高乘客的舒适性和车载运行的稳定性，越来越多的电子设备被应用到轨道交通中，这就需要进一步提高轨道交通的电磁兼容性。电磁兼容设计是一个复杂的工程，包括结构设计和电气部件设计。本文主要探讨了干扰抑制器件铁氧体磁环在轨道交通电磁兼容性设计中的应用。

1铁氧体磁环组成及工作原理

铁氧体磁环是一种能够抑制电子设备产生的干扰的元件，可以将其看作是低通滤波器，能够很好地解决电源线、连接器等电子设备的射频干扰抑制问题。铁氧体磁环的使用方法比较简单，在使用的时候只需要将铁氧体磁环套在线路上，就可以实现对高频干扰的抑制。也正是由于铁氧体磁环这种简单、实用、有效的特点，在电磁兼容性中实现了广泛的应用。

铁氧体磁环的主要成分是铁氧体，这种物质是由铁的氧化物和其他多种粉末状金属组成的，将上述几种物质放置在一起，并利用其他设备挤压并在高温下烧结，最后形成陶瓷晶体。铁氧体材料的电磁性能和其加工过程中的高温加热时间、温度相关[1]。

铁氧体材料的阻抗主要由以下几部分组成;电阻和感抗，这两部分都和频率有关，可以用如下公式表示这三者的关系：Z（f）=R（f）+jwL（f）。其中，电阻和感抗都是频率的函数。在频率较低的阶段，其阻抗主要类型为感抗，和材料的磁导率有关，可以实现对一些频率的屏蔽，但是不会对数据线上有用信号的传递造成影响。当频率产生升高的趋势时，磁导率呈现下降的趋势，对感抗的增长产生了抑制作用，甚至可能出现感抗降低的情况。在高频率下，铁损增加，相应的阻抗Z（f）也保持增加的趋势，但这时阻抗的主要部分变为铁损R（f）。当磁性材料中穿过高频率的能量的时候，电阻性分量就会将这些能量转变成热量，最终实现消散。通过这种方式，形成了一个低通滤波器，进一步降低高频率噪声信号，同时忽略了低频的，有用的信号，确保电路能够正常工作。在工作中，抑制设备对EMI信号的衰减能力一般用插入损耗表示，如果插入损耗越大，那么设备对EMI噪声的抑制能力就越强。如果铁氧体磁环在使用前和使用后的压力分别为E1和E2，那么铁氧体磁环对噪声的衰减作用可以用如下公式表示

A=20lg（E1/E2）=20lg（ZS+Z+ZL）/（ZS+ZL）

由上式可以知道，信号源内阻ZS和负载阻抗ZL相加之和越小，铁氧体磁环的等效阻抗就越大，对高频率干扰抑制的效果就越好。

2轨道交通电磁兼容性中的铁氧体磁环应用

在轨道交通设备中牵引逆变器和SIV静止逆变器是电磁干扰发射最为严重的元件，因此在进行轨道交通电磁兼容性设计的时候一定要格外注意这两部分，这直接影响到整个轨道交通电磁兼容性能[2]。在某个地铁车辆项目中，牵引逆变器和SIV静止逆变器没有满足EN50121-3-2标准的干扰发射要求，从而导致整个交通车辆上的信号受到干扰，影响了地铁车辆的正常运行。除此之外，车辆整体的电磁兼容性也没有达到标准限定值。下面，针对该地铁车辆项目中的SIV逆变器电磁兼容性进行改造，以此来阐明铁氧体磁环的详细应用。

SIV静止逆变器的输入电压为DC1500V，输出电压为DC110V和AC380V。对此逆变器进行滤波之后，其电磁兼容性有所好转，但是还没有满足标准要求。在实际的测试中，没有使用铁氧体磁环，AC380V输出电压传导噪声发射显然超出了限定值[3]。对系统进行分析可以发现，SIV静止逆变器的两个输出电源线之间存在干扰，因此，本文在DC110V的正负线上加上两个铁氧体磁环，在AC380V输出线上增加两个铁氧体磁环。并对增加了铁氧体磁环的系统进行测试，可以发现铁氧体磁环有效抑制了SIV电源输出电路的干扰，其电磁兼容性也满足了标准限定值要求，提升了项目中轨道交通车辆的电磁兼容性能。

在进行铁氧体磁环选择的时候，要根据项目实际要求，选择性状、尺寸合适的元件。为了确保选择的准确性，必须明确EMI信号频率类型和大小、标准要求效果、内径等。所选择的铁氧体抑制材料不一样，其抑制频率范围也不一样，这实际上和磁导率有关[4]。一般来说，磁导率和适用的抑制频率之间呈现负相关，也就是磁导率越低，适用抑制的频率就越高。需要考虑的是，在应用铁氧体磁环的时候可会出现偏流，并且随着偏流的增加，磁环的铁损和阻抗反而减小，当偏流一直增加，在某一时刻会达到饱和。因此，在进行兼容性设计的时候一定要考虑到偏流饱和和插入损耗减小等问题。如果磁导率越小，偏流对损耗产生的影响就越小，偏流也就越不容易呈现饱和的状态。基于此，在选择铁氧体磁环的时候要尽量选择磁导率低，横截面积大的元件。当偏流呈现较大值的时候，可以将电源的正负线同时放进一个磁环，通过这样的方式防止偏流饱和的情况。

综上所述，本文首先对铁氧体磁环的工作原理进行了说明，并结合具体的项目就铁氧体磁环在轨道交通项目中的应用展开了探讨。结果表明，铁氧体磁环可以较好地提升轨道交通电磁兼容性能，在未来应该更加注重于铁氧体磁环的设计，不断改善电磁兼容性能，确保车辆的稳定运行。

参考文献

[1] 季文娟.轨道交通电子产品电磁兼容性检测的重要性及技术分析[J].科技风，2019，（29）：102.

[2] 刘雪明，赵塔，马昭钰，等.城市轨道交通车辆车载天线电磁兼容性分析与评估[J].铁道车辆，2018，56（11）：16-19，5.

[3] 刘雪明.轨道车辆电磁兼容试验标准的应用与探讨[J].科学技术创新，2018，（24）：51-52.

[4] 汪星华，郝明远，王艳琴，等.轨道车辆电磁兼容性标准解析及建议[J].中国高新技术企业，2016，（18）：192-194.