電動汽車電機驅動系統(tǒng)電磁兼容基礎知識及測試方法資料下載

背景 說到電磁兼容，很多人第一反應肯定是電磁炮或者磁懸浮列車。其實電磁場的理論不僅在民用電子產品，軍事上，尤其是航空航天的領域升是絕對的核心內容。下面舉幾個例子讓大家看看什么是電磁兼容。 1982年，英阿馬島戰(zhàn)爭，英國某著名驅逐艦由于受到飛魚導彈的攻擊而沉沒。其實當時英艦上已經裝載了反導彈偵查系統(tǒng)，本來阿根廷進口的飛魚就是法國的減裝版本，抗電磁干擾能力極差。 可惜當時那位倒霉艦長正在使用無線電通訊系統(tǒng)與英國本部聯(lián)系，這個無線電系統(tǒng)在工作時會需要關閉反導系統(tǒng)，因為反導系統(tǒng)工作時產生的電磁場會嚴重干擾艦上的無線電通訊。所以很不巧的事情發(fā)生了，老舊的飛魚暢通無阻的擊中了謝菲爾德。 概述 隨著人們對電動汽車性能、安全、舒適性等各方面要求的不斷提高，電動汽車上各種電子設備的功率越來越大，系統(tǒng)靈敏度越來越高，接受微弱信號的能力越來越強，電子產品所使用的的頻帶也越來越寬。因此，電子設備之間的相互影響也越來越大。 其中，作為電動汽車核心的具有大功率、大電流的電機驅動系統(tǒng)對其他電氣電子設備的干擾影響尤為嚴重。 目前，針對大功率、大電流的車用電氣系統(tǒng)EMC標準還未出臺，而隨著電動汽車產業(yè)的不斷發(fā)展以及相關EMC標準的規(guī)范，迫切需要研究電機驅動系統(tǒng)的EMI機理、試驗測試方法、預測分析方法以及EMI抑制技術等，這對提高電動汽車整車EMC性能、縮短產品開發(fā)周期、節(jié)約成本等具有重要的理論意義和工程實用價值。 電動汽車電機驅動系統(tǒng) 電動汽車借助蓄電池或超級電容提供能量，利用電力電子裝置DC/AC（或DC/DC）進行能量變換提供給交流電機（或直流電機）負載進行驅動。 下圖以交流電機為例的電動汽車驅動系統(tǒng)的結構框圖和示意圖：蓄電池（或超級電容器）、主電路、控制電路、電機共同構成了整個驅動系統(tǒng)，粗實線表示的是大功率、大電流線纜。 （a）電動汽車電機驅動系統(tǒng)結構圖 從圖（a）中可以看出整個系統(tǒng)結構非常復雜，既包括300V左右的高壓設備和線纜，又包括5V左右的微控制器電路。 數字信號處理器（Digital Signal Processor, DSP）控制電路由12V蓄電池通過小功率的DC/DC變換模塊供電，并發(fā)出驅動信號（通常是10V左右的PWM信號）驅動主電路的絕緣柵門極晶體管（Insulated Gate Bipolar Translator, IGBT）模塊實現點擊供電或調速。 蓄電池提供的直流電通過逆變電路中IGBT模塊快速通斷而轉換以供交流電機正常工作的交流電，如圖（b）所示。 （b）電動汽車電機驅動系統(tǒng)示意圖 電機驅動系統(tǒng)EMC環(huán)境 由于電動汽車電機驅動系統(tǒng)的高電壓、大電流以及復雜的結構，使其電磁干擾能量較大、頻帶較寬且傳播耦合路徑呈現多樣性，這增加了電機驅動系統(tǒng)EMC研究的難度。 但就EMI的基本性質而言，電機驅動系統(tǒng)EMI與其他電子設備或系統(tǒng)的EMI一樣，都是由電磁干擾源、傳播路徑（或耦合通道）和受擾體（敏感體）3個基本要素組成，如圖所示。 因此只需要切斷三要素中的任何一個環(huán)節(jié)，電機驅動系統(tǒng)的EMI問題都能得以解決。 電磁干擾源 從上圖的電機驅動系統(tǒng)結構與示意圖可以看出，整個電機驅動系統(tǒng)的電磁環(huán)境非常復雜，其中，控制電路上的時鐘信號、數字信號、驅動信號是DSP上的主要干擾源，但相對于主電路以及電機等大功率、大電流設備，其抗干擾能力較弱；由于主電路（逆變電路、電纜）和電機存在大量的雜散電感和電容，在驅動電路作用下，開關器件開通和關斷必然會導致電壓和電流在短時間內發(fā)生瞬變（IGBT最快能到上百納秒），形成高的du/dt和di/dt，對整個系統(tǒng)造成很強的電磁干擾，是系統(tǒng)的主要電磁干擾源。 傳播途徑 電磁干擾以傳導和輻射的方式進行傳播，相應的傳播途徑也不同。 傳導電磁干擾傳播，是指通過導線或其他元器件（如電容、電感等），以電壓或電流的形式，將電磁噪聲的能量在電路中傳送。 輻射電磁干擾傳播，則是指輻射干擾源在空間以電磁波的形式傳播。 在電機驅動系統(tǒng)EMI作用下，根據傳導干擾方式的不同，把EMI分為共振（Common Mode）干擾和差模（Differential Mode,DM）干擾兩種形式。 電機驅動系統(tǒng)差模干擾傳播示意圖 他們產生的內部機理有所不同，共模干擾源產生的主要原因是電路中的高du/dt對寄生電容進行放電，產生的高頻共模電流通過相線、寄生電容和地構成流通回路；差模干擾是指相線之間的干擾，由逆變器工作時產生的脈動電流di/dt引起，直接通過相線與電源形成干擾回路，差模干擾和共模干擾傳播途徑如圖所示。 當電路中的干擾在30MHz以上時，干擾源就會以電磁波的形式在空間傳播至受擾設備。 電機驅動系統(tǒng)共模干擾傳播示意圖 電磁干擾三要素 說了那么多例子，我們從原理上講一下電磁兼容，什么是電磁兼容？ 汽車零部件對應的電磁兼容測試國際標準： 電波暗室與屏蔽室的原理 半電波暗室（主要用來進行輻射發(fā)射與輻射抗擾度測試）： 屏蔽室（主要用來進行大電流注入，帶狀線等測試）： 測試方法