鋰電池在現在電動車中用的是比較廣泛的，由于鋰離子蓄電池技術的成熟，能量密度和使用安全性的提高，在很多行業都得到廣泛應用。本文是一篇礦業工程論文范文，主要論述了礦用電力機車及電源電磁兼容性。

　　摘要:針對目前礦用電力機車動力電源本身產生較強的電磁輻射，對周圍環境造成較為嚴重的電磁干擾，同時由于所處現場環境多種電磁干擾也會對電力機車和蓄電池管理系統可靠運行造成隱患，在實驗室模擬工況和現場多種工況下提取電力機車用開關電源、發動機控制器和機車發動機等主要干擾源電磁輻射特征，結合已有煤礦井下電磁干擾的產生機理和干擾特性的研究結果，分別制定出相應的抗干擾方案。通過相關方法的研究提高煤礦井下車載電源對周圍電磁環境的抗干擾能力，為豐富提高礦用電力機車的電磁兼容性、抗干擾能力和進一步完善相關行業標準提供理論依據。

　　關鍵詞:礦用電力機車,電源,電磁干擾,抑制措施

　　前言

　　隨著鉛酸電池在煤礦的停止使用，在礦業領域以鋰離子蓄電池為動力的機車也成為礦用機車發展的唯一方向。隨著2012年5月相關標準的頒布，部分產品在煤礦的實際應用中發現礦用電動車和車載設備都存在比較嚴重電磁干擾。而鋰離子蓄電池本身在使用過程中存在爆炸、自燃等風險需要電池管理系統對鋰離子蓄電池進行實時管控，因此提高礦用車載鋰離子蓄電池電源和與之關聯的動力裝置的整體抗電磁干擾能力，對煤礦井下安全生產具有極為重要的意義[1-2]。本文針對在煤礦井下電磁環境復雜條件下，為礦用動力機車電動力系統可靠運行，采取相應的改進措施。

　　1礦用動力機車電動力系統組成

　　礦用機車動力系統主要包括:鋰離子蓄電池組、集成發動機啟動器、發動機、礦用電池管理系統(BMS)，直流開關電源(DC-DC)，如圖1所示。電力機車用開關電源本身就是一個大的電磁干擾源，同時煤礦井下環境相對封閉，也充滿了各種高壓電氣設備和變頻器設備，各種輻射的疊加，造成了較為復雜的電磁環境。通過對礦用電力機車的一種———無軌膠輪車各部件單獨工作狀態的測試分析發現，開關電源和驅動電機為環境的主要干擾源，而電池管理系統主要負責整個系統的動力和對電池的安全管理，是最需要進行電磁保護的模塊[3-4]。

　　2井下電磁干擾分析

　　2.1開關電源的干擾機理

　　礦用電力無軌膠輪車開關電源的主要干擾方式為:高頻電流回路中容易產生極大的di/(dt)，形成浪涌電流，誘發磁場輻射源對空間形成磁場輻射;各級電壓變化的節點，特別在車輛啟停和突然加速階段會產生極高的du/(dt)，整個電路中以傳導的方式對電池管理系統造成干擾并對周圍環境進行輻射干擾[5]。

　　2.2發動機控制器

　　發動機控制器采用的是脈沖寬度調制方式對礦用電力無軌膠輪車發動機進行控制，同開關電源啟動一樣會產生很大的高頻脈沖信號，其具有很大的du/(dt)。當邏輯電路給驅動電機提供一個高電平的控制信號時，半導體材料開關的集電極和發射極電壓近似為0，即當邏輯電路給驅動電壓提供一個低電平的控制信號時，半導體材料開關的集電極和發射極電壓近似為Ud，當發動機控制器不斷動作，必然會伴隨一個瞬時的上升和下降時間，集電極和發射極之間就會形成一個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射極之間幅頻特性的幅值越大，當控制器件產生較大的du/(dt)時，通過電纜中的寄生電容產生共模干擾電流，ic(t)=Cdudt該共模干擾產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發動機

　　目前礦用電力無軌膠輪車的主要動力為ISG電機，該種電機的電流幅值和頻率隨著路況、車速以及輸出功率頻繁變化，其電機轉速與三向電流頻率之間的關系為:(1)P為ISG電機對數，通常電機對數為4;礦用電力無軌膠輪車啟動階段電機轉速約為700～900r/min，在機車不同工況行駛階段電機轉速約為900～3500r/min，其中任一相電流A的表達式為:f(t)=f(t+kT)(2)傅里葉級數展開為:式中第一項為直流分量，第二項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，礦用電動機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，同時根據式(3)諧波電流的幅值隨諧波次數疊加而快速減小，因此6次以后的諧波對周圍電磁輻射可基本忽略，所以礦用電動機車發動機及相應的動力電纜上產生的主要是低頻電磁干擾[6]。

　　3電磁干擾解決方案

　　各種可能產生電磁場的設備對周圍形成的干擾都需要具備三個要素:干擾源、干擾傳播路徑和易被干擾的敏感設備，這三個要素任何一個要素得到抑制，整個電磁兼容效果都會得到改善。由于煤礦井下生產特殊環境的限制，在相對狹小封閉的空間內有大量的高壓電氣和變頻器設備并且在現有技術水平下不會有太大改變，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構、材料、電氣電路等的改進削弱干擾的傳播途徑和加強對敏感設備的保護，同時抑制自身內部的干擾源的產生。(1)優化傳播途徑中的干擾，首先改進屏蔽體結構，在裝配面涂導電膠并編制金屬絲線增加對干擾源的屏蔽能力;通過設計多個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現各隔爆腔之間的通訊，并配置屏蔽電纜增加接地點，使信號間相互隔離，該種方法可以較好的解決礦用電動機車發動機所產生的低頻干擾。(2)增強易被干擾敏感設備的抗干擾能力，在各個易被干擾敏感模塊的電源端并入適量的電容，旁路開關電源和電機啟動帶來的高頻干擾，必要時加入電源濾波模塊隔離輸出的干擾信號。

　　4結論

　　經過對已取得煤礦安標的礦用電力無軌膠輪車整體電控系統電磁兼容性重新設計，礦用電力無軌膠輪車電控系統的工作穩定性，電源管理系統的抗干擾能力和發動機等動力模塊的干擾抑制能力得到有效的提高。針對在礦用井下環境礦用電力無軌膠輪車的試驗和數據分析，為豐富提高礦用電力機車的電磁兼容性優化設計，進一步完善行業檢驗方法的起草、檢驗有效性閥值的選取提供理論依據、行業標準的制定提供理論依據。

　　參考文獻

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

　　[2]李博.煤礦井下備用電源網絡化電池管理系統研究[J].自動化與儀器儀表，2012(6):42-45.

　　[3]石晶，李運杰，程浩.動力電池組均衡充電的研究[J].遼寧工業大學學報(自然版)，2013(4):96-99.

　　[4]陳特放，劉騫等.電力機車用110V大功率高頻開關電源電磁兼容性[J].中國鐵道科學，2005.26(3):100-105.

　　[5]李和明，張麗霞，顏湘武，等.動力蓄電池組測試系統中雙向直流濾波器設計[J].中國電機工程學報，2009，29(9):1-7.
　　礦業工程論文發表期刊推薦《礦業研究與開發》主要刊載采礦、地壓選礦、爆破、礦山機電與自動化、礦山計算機應用、礦山環保、資源綜合利用、特殊采礦及經營管理等方向的內容。主要面向礦山企業、科研設計、高等院校、礦業經營管理等部門的工程技術人員、管理干部和師生。