Wojciech Czuchra

Requirements relating to Open Area Test Sites (OATS) during measurements of radiated electromagnetic disturbances are precisely defined in standard PN-EN 50121-3-1. A significant problem arises during tests of public transport traction vehicles, such as trams and trolleybuses. In these cases, the choice of test site, with some exceptions, is limited to city agglomerations, where most of the tracks and catenaries are located. For this reason, choosing a test location that fulfils general requirements and is exposed to low levels of electromagnetic disturbance emissions from external sources can be difficult. It often requires an analysis of the emission sources and their potential elimination. The article looks at the requirements of applicable standards regarding correct measurements of radiated disturbance emissions. Selected examples of actual results of electromagnetic background emission with their interpretation are also presented.

Currently, manufacturers of power-electronic components are trying to introduce the silicon carbide (SiC) technology in their products and MOSFET transistors made with this technology are available on the market. They are characterised by a significantly higher operating frequency, reaching even 100 kHz and low switching losses. The application of this type of devices causes high voltage gradients at the inverter output, which can lead to increased inverter electromagnetic disturbances. This article presents test results and a high-frequency analysis, allowing for a preliminary evaluation of the use of SiC transistors in inverters in the context of electromagnetic compatibility.

Kompatybilność elektromagnetyczna przekształtnika energoelektronicznego wykonanego w technologii sic.

Producenci komponentów energoelektronicznych wprowadzają obecnie do swoich produktów węglik krzemu (SiC) a tranzystory MOSFET wykonane w tej technologii, pracujące w szerokim zakresie napięciowym i prądowym są dostępne na rynku. Charakteryzują się one wysoką częstotliwością pracy sięgającą 100 kHz i niskimi stratami przełączania. Technologia węglika krzemu umożliwia budowę przekształtników energoelektronicznych, które charakteryzują się w porównaniu z tradycyjną technologią (Si), wysoką sprawnością, mniejszymi gabarytami, mniejszymi elementami pasywnymi oraz większą tolerancją termiczną. W artykule przeanalizowano aspekt kompatybilności elektromagnetycznej przekształtnika wykonanego w technologii SiC. Zaprezentowano wyznaczone poziomy zakłóceń generowanych przez przekształtnik do sieci zasilającej w zakresie harmonicznych i interharmonicznych. Przedstawiono wyniki zaburzeń elektromagnetycznych przewodzonych generowanych do sieci zasilającej, których zwiększone poziomy mogą utrudniać spełnienie przez przekształtnik odpowiednich wymogów normatywnych oraz mogą wpływać niekorzystnie na pracę urządzeń przyłączonych do tej samej sieci zasilającej. Dodatkowo przeanalizowano poziomy zaburzeń elektromagnetycznych przewodzonych również na wyjściu układu przekształtnikowego, których zwiększone poziomy mogą doprowadzić do problemów w zapewnieniu tzw. kompatybilności wewnętrznej badanego układu lub być źródłem emisji elektromagnetycznej promieniowanej. Przedstawione w artykule wyniki badań i analiz przeprowadzone w szerokim paśmie częstotliwości umożliwiają ocenę zastosowania technologii węglika krzemu (SiC) w układzie przekształtnika w zakresie EMC.

Wymagania dotyczące emisji portów pomocniczego zasilania AC w pojazdach trakcyjnych zostały w normie PN-EN 50121-3-2 z 2015 roku rozszerzone o pomiar w zakresie harmonicznych napięcia. Dotyczy to publicznej sieci zasilania pokładowego ogólnie dostępnej dla pasażerów. Związane jest to z zapewnieniem jakości zasilania, która jest wymagana dla urządzeń komputerowych oraz zasilaczy telefonów komórkowych. W artykule przedstawiono wymagania oraz metody badań wynikające z rozszerzonego zakresu normy. Omówiono normatywne współczynniki, dla których określone są poziomy dopuszczalne emisji harmonicznych w napięciu publicznej sieci zasilania w pojeździe trakcyjnym. Przedstawiono również przykładowe wyniki porównawcze uzyskane na podstawie pomiarów i analiz harmonicznych w napięciu pokładowej sieci zasilania. Prezentowane wyniki obejmują rozszerzone obliczenia współczynników odkształceń dla grup i podgrup harmonicznych napięcia zasilania. W celu poprawy jakości napięcia w sieci pokładowej, która nie spełniała wymagań normatywnych wykonano obliczenia symulacyjne i zaproponowano dodatkowy wyjściowy filtr sinusoidalny. 

The requirements relating to the emission of auxiliary AC supply sockets in traction vehicles have been extended in standard PN-EN 50121-3-2:2015 by voltage harmonics measurement. This applies to the public on-board AC supply grid which is accessible to all passengers. It is concerned with providing the quality of power supply which is required by computer devices and mobile phone rechargers. This article presents the requirements and test methods resulting from extended standard scope. Normative factors, for which levels of permissible voltage harmonics in the public supply grid of traction vehicle have been defined are discussed. Examples of comparative results obtained from measurements and analyses of voltage harmonics within on-board supply grids are also presented. The presented results include extended calculations of distortion factors for groups and subgroups of supply voltage harmonics. In order to improve the quality of voltage within the on-board grid, which did not meet the requirements, simulation calculations were performed and an additional output sinusoidal filter was proposed.

Screening attenuation as a parameter of screened cables used in converter systems is one of the indicators of screen efficiency. Catalogue data rarely considers that parameter, especially with the division on frequency bandwidths. Screening efficiency may be deduced by analysis of the cable’s construction and type, but based on this, it may only be roughly estimated. The results of screening attenuation tests in a wide frequency bandwidth for chosen cable types are presented in the article. The methods of cable parameters testing based on standard PN-EN 50289-1-6:2009: Communication cables – Specifications for test methods. Part 1–6: Electrical test methods – Electromagnetic performance, were used. Afterwards, the emission of radiated electromagnetic disturbances of the converter drive was measured. The converter was using chosen cable types, for which screening attenuation was determined. Comparisons of the obtained results were presented and the influence of the screen type and cable parameters on the emission of radiated electromagnetic disturbances was analyzed. The obtained measurement results and presented analysis in the field of electromagnetic compatibility may be useful for designers of converter drive systems.