交流充電樁無線電騷擾試驗(yàn)方法研究

潘 勇

（山東省產(chǎn)品質(zhì)量檢驗(yàn)研究院 濟(jì)南 250102）

前言

電動(dòng)汽車的大規(guī)模應(yīng)用帶動(dòng)了充電樁的快速發(fā)展。交流充電樁具有體積小、性能佳、智能化高、安裝便捷等優(yōu)勢(shì)，受到廣大家庭用戶的歡迎。但是，在交流充電樁大功率開關(guān)管如IGBT的不斷切換以便完成電動(dòng)汽車充電的過程中會(huì)產(chǎn)生大量的電磁干擾，嚴(yán)重影響市電家庭用電質(zhì)量和電磁環(huán)境。因此，開展交流充電樁無線電騷擾研究，保證電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行和電磁環(huán)境安全，具有重要的意義。

1 交流充電樁充電原理分析

交流充電樁，又稱交流供電裝置，高壓電網(wǎng)經(jīng)降壓至AC 220 V通過交流充電樁直接傳輸至電動(dòng)汽車車載充電機(jī)為電動(dòng)汽車進(jìn)行充電。交流充電樁僅僅提供電力輸出，沒有充電功能，只起到控制電源的作用。交流充電樁具有良好的人機(jī)交互界面，可以進(jìn)行充電電量、充電時(shí)間、充電金額等模式的設(shè)置，同時(shí)具有過壓、欠壓、過流、欠流等狀態(tài)監(jiān)控和充電電量計(jì)量等功能。交流充電樁功率一般不大于7 kW[1]，由于交流充電樁的充電電流較小，其充電速度相對(duì)較慢，特別適合居民小區(qū)和公共建筑（寫字樓、商場(chǎng)、公共停車場(chǎng)）等場(chǎng)合使用。

交流充電樁由充電樁智能模塊、顯示模塊、輸入模塊、刷卡模塊、打印模塊、急停裝置、電能表（WH）、交流接觸器（KM）、斷路器（QF）等基本部分組成[2]，其電氣系統(tǒng)基本原理圖如圖1所示。

2 交流充電樁無線電騷擾產(chǎn)生機(jī)制分析

交流充電樁無線電騷擾產(chǎn)生來源主要包括兩部分，一部分為電源端子騷擾電壓，另一部分射頻輻射騷擾。其中，電源端子騷擾電壓以沿電源線的方式進(jìn)行傳輸造成對(duì)公共電網(wǎng)的電磁污染，射頻輻射騷擾以空間輻射的方式造成周圍空間的電磁污染。

交流充電樁為電動(dòng)汽車進(jìn)行充電過程中大功率開關(guān)管頻繁通斷會(huì)產(chǎn)生大量高頻尖峰脈沖電壓。高頻干擾脈沖按照干擾產(chǎn)生的機(jī)理和傳輸路徑不同，電源端子騷擾電壓可以分為共模干擾和差模干擾。因大功率開關(guān)管的通斷引起的干擾主要以差模干擾為主，其傳輸方式為沿著L和N線進(jìn)行傳輸；因散熱系統(tǒng)和接地不良引起的干擾主要以共模干擾為主，其傳輸方式沿著地線進(jìn)行傳輸。在這兩種干擾的作用下，電網(wǎng)電源質(zhì)量受到影響同時(shí)也會(huì)影響電源網(wǎng)絡(luò)中的其他電子電氣設(shè)備的正常工作。

交流充電樁大功率開關(guān)管頻繁通斷的同時(shí)，產(chǎn)生的瞬態(tài)高峰脈沖電壓在引起電源線電流突變的同時(shí)，也會(huì)導(dǎo)致充電樁電路板的電流瞬態(tài)激變，從而會(huì)產(chǎn)生大量高頻干擾信號(hào)。高頻干擾信號(hào)通過電路板中等效的偶極子天線向周圍空間發(fā)射電磁波，從而形成了電磁輻射騷擾。電磁輻射騷擾在沿空間發(fā)射的同時(shí)，會(huì)對(duì)充電樁內(nèi)的數(shù)學(xué)芯片或周圍電子電氣設(shè)備內(nèi)的敏感元器件噪聲干擾，從而影響充電樁或周圍電子電氣設(shè)備的性能穩(wěn)定。

3 交流充電樁無線電騷擾試驗(yàn)方法

GB/T 18487.2-2017規(guī)定交流充電樁按照其應(yīng)用環(huán)境進(jìn)行分類[3]：A類供電設(shè)備是非家用和不直接連接到住宅低壓供電網(wǎng)設(shè)施中使用的設(shè)備；A類設(shè)備應(yīng)滿足A類限值。B類供電設(shè)備是家用設(shè)備和直接連接到住宅低壓供電網(wǎng)設(shè)施中使用的設(shè)備；B類設(shè)備應(yīng)滿足B類限值。

3.1 電源端子騷擾電壓試驗(yàn)方法

GB/T 18487.2-2017規(guī)定，交流充電樁電源端子騷擾電壓應(yīng)符合GB 4824-2013的A類或B類限值要求。試驗(yàn)時(shí)，交流充電樁應(yīng)處于典型工作狀態(tài)，其置于高0.8 m的絕緣桌上[4]，電源線連接到人工電源網(wǎng)絡(luò)（AMN）上，測(cè)量接收機(jī)RF信號(hào)輸入端口連接到人工電源網(wǎng)絡(luò)（AMN）的RF輸出端口，通過人工電源網(wǎng)絡(luò)（AMN）面板上的按鈕進(jìn)行L和N來測(cè)量電源端子騷擾電壓，測(cè)量頻率范圍為0.15 kHz～30 MHz。電源端子騷擾電壓限值及試驗(yàn)布置圖分別為表1、表2和圖2所示。

3.2 射頻輻射騷擾測(cè)試方法

圖1 交流充電樁電氣系統(tǒng)基本原理框圖

表1 電源端子騷擾電壓限值（A類）

表2 電源端子騷擾電壓限值（B類）

圖2 電源端子騷擾電壓試驗(yàn)布置圖

GB/T 18487.2-2017規(guī)定，交流充電樁30～1 000 MHz射頻輻射騷擾應(yīng)符合GB 4824-2013的A類或B類限值要求。試驗(yàn)時(shí)，交流充電樁應(yīng)處于典型工作狀態(tài)，其置于高0.8 m的絕緣桌上，絕緣桌在轉(zhuǎn)臺(tái)上進(jìn)行360 °旋轉(zhuǎn)[4]，同時(shí)，測(cè)量天線在1～4 m高度上升降，以便能夠使具有準(zhǔn)峰值檢波器的接收機(jī)測(cè)量到最大輻射騷擾值。射頻輻射騷擾的測(cè)量頻率范圍為30～1 000 MHz，限值及試驗(yàn)布置圖分別如表3、表4和圖3所示。

4 試驗(yàn)結(jié)果分析

本論文以額定功率為7 kW的某品牌交流充電樁為例來分析交流充電樁作為A類設(shè)備在正常工作狀態(tài)下對(duì)電磁環(huán)境的影響。根據(jù)交流充電樁的工作原理可知，交流充電樁在充電狀態(tài)，開關(guān)管會(huì)不停的進(jìn)行通斷切換導(dǎo)致電流畸變[5]而產(chǎn)生騷擾電壓和輻射騷擾，因此本文將電源端子騷擾電壓和射頻輻射騷擾作為分析對(duì)象。

4.1 電源端子騷擾電壓試驗(yàn)結(jié)果分析

充電樁電源端子騷擾電壓L線QP、AV試驗(yàn)曲線分別見圖4和圖5所示。

充電樁電源端子騷擾電壓N線QP、AV試驗(yàn)曲線分別見圖6和圖7所示。

表3 射頻輻射騷擾限值（A類

表4 射頻輻射騷擾限值（B類）

圖3 射頻輻射騷擾試驗(yàn)布置圖

根據(jù)試驗(yàn)曲線可知，該品牌充電樁電源端子騷擾電壓在0.15～10 MHz頻段試驗(yàn)值偏高，電源端子騷擾電壓主要集中在低頻段。當(dāng)使用帶準(zhǔn)峰值（QP）檢波器接收機(jī)測(cè)量時(shí)，如果試驗(yàn)值超出準(zhǔn)峰值（QP）檢波器測(cè)量的限值，則需要用帶平均值(AV)檢波器接收機(jī)進(jìn)行測(cè)量[6]。由圖4和圖6可知，L線和N線端子電壓QP試驗(yàn)值都超出了AV限值，因此需使用帶平均值（AV）檢波器的接收機(jī)進(jìn)行第二次測(cè)量。由圖5和圖7可知，L線和N線端子測(cè)得的電壓AV值符合AV限值要求，可以判定該品牌充電樁電源端子騷擾電壓項(xiàng)目合格。

圖4 電源端子騷擾電壓QP曲線（L線）

圖5 電源端子騷擾電壓AV曲線（L線）

4.2 射頻輻射騷擾試驗(yàn)結(jié)果分析

充電樁射頻輻射騷擾QP試驗(yàn)曲線見圖8所示。

圖6 電源端子騷擾電壓QP曲線（N線）

圖7 電源端子騷擾電壓AV曲線（N線）

圖8 射頻輻射騷擾QP曲線

根據(jù)試驗(yàn)曲線可知，該品牌充電樁射頻輻射騷擾在30～230 MHz頻段試驗(yàn)值偏高，但曲線整體走向平緩。若使用帶有準(zhǔn)峰值檢波器接收機(jī)測(cè)得的數(shù)據(jù)已滿足平均值限值的要求，則應(yīng)認(rèn)為受試設(shè)備同時(shí)滿足了準(zhǔn)峰值限值和平均值限值的要求，則不必再用帶平均值檢波器的接收機(jī)進(jìn)行測(cè)量[6]。由圖8可知，射頻輻射騷擾試驗(yàn)值符合準(zhǔn)峰值（QP）限值要求，可以判定該品牌充電樁射頻輻射騷擾項(xiàng)目合格。

5 結(jié)語

本文主要對(duì)交流充電樁充電原理、無線電騷擾產(chǎn)生機(jī)制、無線電騷擾試驗(yàn)方法進(jìn)行了闡述，同時(shí)，結(jié)合我院3米法電波暗室完成了交流充電樁無線電騷擾試驗(yàn)，對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了分析和判定，有助于相關(guān)的企業(yè)、機(jī)構(gòu)、院校進(jìn)行充電樁無線電騷擾試驗(yàn)，具有一定的參考價(jià)值。