電驅(qū)系統(tǒng)的電磁兼容技術(shù)分析

【摘" 要】隨著現(xiàn)代工業(yè)的不斷發(fā)展，車載電子產(chǎn)品的日益普及致使車輛的電磁兼容問題變得愈發(fā)復(fù)雜。電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)作為車輛內(nèi)部關(guān)鍵的干擾源，對(duì)整車的電磁兼容性能產(chǎn)生著重大影響。鑒于此，開展電機(jī)電磁兼容性的研究兼具重要的理論和實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。文章運(yùn)用等效線束法對(duì)電機(jī)繞組模型予以簡化。為驗(yàn)證該簡化模型的有效性，將其計(jì)算結(jié)果與電機(jī)實(shí)際運(yùn)行時(shí)所采集的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比。經(jīng)實(shí)踐證明，此簡化模型能精準(zhǔn)地反映電機(jī)的真實(shí)電磁輻射情況，這為研發(fā)和整改工作提供了極大的便利，有助于大幅縮短研發(fā)周期。同時(shí)，深入研究屏蔽措施對(duì)電機(jī)電磁騷擾的改善效果，結(jié)果表明，屏蔽能夠有效地解決電機(jī)的電磁兼容問題。另外，還對(duì)線束接頭接觸不良現(xiàn)象對(duì)電磁兼容性能的影響進(jìn)行探討，并驗(yàn)證準(zhǔn)確性，為深入理解和解決車輛電機(jī)的電磁兼容問題提供更全面的視角。

【關(guān)鍵詞】電磁兼容；電機(jī)；線束；等效線束法；電機(jī)機(jī)殼漏磁；屏蔽效能

中圖分類號(hào)：U463.6" " 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A" " 文章編號(hào)：1003-8639（2025）03-0082-04

Electromagnetic Compatibility Technology Analysis of Electric Drive System

【Abstract】With the continuous development of modern industry，the increasing popularity of on-board electronic products makes the electromagnetic compatibility of vehicles more and more complicated. As the key interference source inside the vehicle，the motor drive system has a great impact on the electromagnetic compatibility performance of the vehicle. In view of this，the research on electromagnetic compatibility of motor has important theoretical and practical application value. In this paper，the equivalent wire harness method is used to simplify the motor winding model. In order to verify the validity of the simplified model，the calculated results are compared with the measured data collected during the actual operation of the motor. Practice has proved that this simplified model can accurately reflect the real electromagnetic radiation of the motor，which provides great convenience for research and development and rectification work，and helps to greatly shorten the research and development cycle. At the same time，the improvement effect of shielding measures on electromagnetic disturbance of motor is deeply studied. The results show that shielding can effectively solve the electromagnetic compatibility problem of motor. In addition，the influence of the bad contact phenomenon on the electromagnetic compatibility performance of the wire harness is also discussed，and the accuracy is verified，which provides a more comprehensive perspective for understanding and solving the electromagnetic compatibility problems of the vehicle motor.

【Key words】electromagnetic compatibility；electric machine；wiring harness；equivalent harness method；magnetic leakage of motor housing；shielding efficiency

0" 引言

隨著工業(yè)化進(jìn)程的發(fā)展，電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)在各類機(jī)械中的作用日益突出。為了滿足更高的性能標(biāo)準(zhǔn)，電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)不斷優(yōu)化和升級(jí)。但由于系統(tǒng)的復(fù)雜性和電磁環(huán)境的變化，電磁干擾問題愈發(fā)嚴(yán)重，已影響到其他設(shè)備的正常運(yùn)行，因此對(duì)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)電磁兼容性的研究變得至關(guān)重要。

龍海清[1]和于曉丹[2]等人建立了電機(jī)等效模型；黃青云[3]等人通過仿真軟件探究電機(jī)內(nèi)外磁場(chǎng)的分布并進(jìn)行了試驗(yàn)驗(yàn)證；A.Rosales[4]等人研究逆變開關(guān)導(dǎo)致的共模電流對(duì)輻射干擾的影響；倪有源[5]等人對(duì)電機(jī)的低頻輻射進(jìn)行了仿真研究，但未涉及高頻磁場(chǎng)部分；汪泉弟[6]等人對(duì)雨刮電機(jī)產(chǎn)生的高頻電磁場(chǎng)發(fā)射進(jìn)行了計(jì)算與試驗(yàn)結(jié)果的比較；李曉杰[7]等人對(duì)車內(nèi)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的電場(chǎng)進(jìn)行了研究；I.Oganezova[8]等人通過動(dòng)態(tài)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)預(yù)測(cè)輻射干擾?？傮w而言，現(xiàn)有的研究主要集中于仿真分析方面，尚需進(jìn)一步結(jié)合試驗(yàn)與仿真深入探究電磁兼容相關(guān)問題。

在處理電機(jī)電磁兼容問題時(shí)，中國大多數(shù)企業(yè)主要采用研發(fā)后期的測(cè)試和整改方案。然而，該方案通常需要多次試驗(yàn)失敗和反復(fù)調(diào)整設(shè)計(jì)，造成大量人力、物力的浪費(fèi)。因此，深入開展電機(jī)電磁兼容問題的研究顯得尤為重要。本文將結(jié)合仿真和試驗(yàn)方法，旨在縮短研發(fā)周期，同時(shí)探討電機(jī)電磁干擾的抑制技術(shù)，這對(duì)于企業(yè)節(jié)約成本、提升效率具有重要意義。

1" 等效線束法

在電機(jī)的設(shè)計(jì)過程中，大部分現(xiàn)有方案僅僅關(guān)注線圈繞組在低頻狀態(tài)下的電感特性。然而，對(duì)于線圈繞組在高頻狀態(tài)下的特性變化，目前的研究相對(duì)較少。本文旨在通過試驗(yàn)的方式對(duì)線圈繞組的特性進(jìn)行測(cè)試，目的是確保在仿真中所使用的等效阻抗特性能夠與實(shí)際線圈繞組的真實(shí)特性保持一致。

首先，采用等效線束法，簡化多股導(dǎo)線，將等效前后的分布參數(shù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，得到導(dǎo)線等效后的分布參數(shù)與幾何參數(shù)，將電機(jī)中并聯(lián)繞組簡化為單根導(dǎo)體，如圖1所示，通過仿真和試驗(yàn)進(jìn)行比較，驗(yàn)證簡化的準(zhǔn)確性。在采用等效線束法前對(duì)線束進(jìn)行相應(yīng)的分組，hj代表等效后導(dǎo)線相當(dāng)于理想地平面的距離，rj為等效后的導(dǎo)線的截面半徑。

多根導(dǎo)線的共模特性阻抗表達(dá)式為：

式中：r——電導(dǎo)；l——電感；g——電導(dǎo)；c——電容；n——導(dǎo)線數(shù)量。

將多根導(dǎo)線簡化為單根導(dǎo)線，假設(shè)導(dǎo)線均為均勻無損傳輸，其共模特性阻抗表達(dá)式可表示為：

根據(jù)共模特性阻抗和負(fù)載阻抗特性，可將傳輸特性相近的導(dǎo)線歸為一類。在此基礎(chǔ)上，能夠進(jìn)一步計(jì)算等效后的分布參數(shù)和幾何參數(shù)。

本文采用等效線束法對(duì)電機(jī)模型進(jìn)行簡化。為了驗(yàn)證簡化效果，將試驗(yàn)過程中采集到的電流信號(hào)作為仿真輸入，對(duì)電機(jī)的電磁騷擾展開深入研究。線束簡化前后的仿真結(jié)果如圖2所示。對(duì)比線束簡化前后的電場(chǎng)發(fā)射值，發(fā)現(xiàn)二者相差不大。這一結(jié)果證明，本文所采用的等效線束法切實(shí)可行，為后續(xù)電機(jī)仿真結(jié)果的可靠性提供了有效依據(jù)。

2" 電機(jī)模型建立

根據(jù)實(shí)際的電機(jī)參數(shù)，經(jīng)過適當(dāng)簡化，完成了對(duì)永磁同步電機(jī)的模型建立。隨后，將電機(jī)模型導(dǎo)入CST微波工作室中進(jìn)行仿真，如圖3所示。

在本文的研究中，采用了瞬態(tài)場(chǎng)路協(xié)同仿真法開展電路仿真工作，并且在CST工作室中成功搭建了該仿真模型，模型狀態(tài)如圖4所示。在仿真進(jìn)程里，直接把試驗(yàn)中采集到的電流信號(hào)作為激勵(lì)信號(hào)輸入到模型中，進(jìn)而獲取相應(yīng)的仿真結(jié)果。

3" 電機(jī)試驗(yàn)驗(yàn)證

在建立好電機(jī)仿真模型之后，為了確保模型的準(zhǔn)確性，需要構(gòu)建試驗(yàn)裝置對(duì)仿真結(jié)果進(jìn)行對(duì)比驗(yàn)證。本文借助上海機(jī)動(dòng)車檢測(cè)認(rèn)證技術(shù)研究中心有限公司的E-Motor半電波暗室，對(duì)電機(jī)展開測(cè)試。電機(jī)輻射測(cè)試臺(tái)架如圖5所示。

當(dāng)電機(jī)處于正常運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，通過測(cè)功機(jī)向電機(jī)施加扭矩，同時(shí)由上位機(jī)對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)速實(shí)施控制，以此盡可能逼真地模擬電機(jī)在實(shí)際車輛中的工作狀態(tài)。隨后，運(yùn)用騷擾天線對(duì)電機(jī)的電場(chǎng)發(fā)射情況進(jìn)行測(cè)試，具體測(cè)試結(jié)果對(duì)比如圖6所示。從圖6中可以明顯看出，仿真結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果近乎一致，誤差極小。這一結(jié)果驗(yàn)證了本文所構(gòu)建的模型具備高效模擬電機(jī)真實(shí)運(yùn)行狀態(tài)的能力，能為后續(xù)相關(guān)研究與應(yīng)用提供參考。

4" 電磁輻射的抑制方法

在驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中，電機(jī)作為核心部件，其產(chǎn)生的電磁干擾是驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)電磁兼容性問題中不可忽視的重要因素。在實(shí)際工程應(yīng)用場(chǎng)景里，抑制電機(jī)電磁干擾主要有3種策略，即從源頭抑制干擾產(chǎn)生、阻斷干擾傳播路徑以及保護(hù)易受干擾的設(shè)備。由于電機(jī)在運(yùn)行過程中產(chǎn)生的電磁干擾難以徹底消除，所以，必須采取切實(shí)有效的措施來抑制電磁干擾，以保障驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的電磁兼容性，確保整個(gè)系統(tǒng)能夠穩(wěn)定、可靠地運(yùn)行。

電機(jī)機(jī)殼的屏蔽效能SE計(jì)算公式為：

式中：E0——無屏蔽時(shí)的場(chǎng)強(qiáng)；E1——有屏蔽時(shí)的場(chǎng)強(qiáng)。

電機(jī)機(jī)殼的屏蔽效能在很大程度上受制于孔縫因素。具體而言，當(dāng)圓孔半徑增大時(shí)，其屏蔽效能會(huì)隨之降低。鑒于電機(jī)機(jī)殼上不可避免地存在孔隙，在本研究中，著重關(guān)注孔隙對(duì)驅(qū)動(dòng)電機(jī)機(jī)殼屏蔽效能產(chǎn)生的作用。為實(shí)現(xiàn)對(duì)低頻磁場(chǎng)的屏蔽，采用高導(dǎo)電材料與高導(dǎo)磁材料相結(jié)合的方式。這種材料組合旨在優(yōu)化電機(jī)機(jī)殼的屏蔽性能，尤其是針對(duì)低頻磁場(chǎng)環(huán)境。圖7展示了電機(jī)機(jī)殼改進(jìn)前后的仿真對(duì)比結(jié)果。通過對(duì)電機(jī)縫隙修改前后的電磁騷擾情況進(jìn)行對(duì)比分析，可以明顯看出，改進(jìn)機(jī)殼這一舉措不僅操作簡便，而且成本增量有限，卻能夠切實(shí)有效地抑制電磁輻射，進(jìn)而提升電機(jī)的整體電磁兼容性。

5" 線束不同接頭對(duì)電磁兼容測(cè)試的影響

在試驗(yàn)進(jìn)程中，由于測(cè)試對(duì)線束長度的要求各異，不可避免地需要對(duì)線束進(jìn)行剪短或焊接操作。在本文的研究中，針對(duì)電驅(qū)系統(tǒng)不同線束連接方式對(duì)電磁兼容性的影響展開探究。圖8呈現(xiàn)了在同等條件下，線束采用搭接方式與正常線束在電磁兼容性方面的差異情況。研究結(jié)果表明，仿真能夠較為準(zhǔn)確地模擬真實(shí)試驗(yàn)的結(jié)果。其中，搭接不良的線束會(huì)對(duì)測(cè)試結(jié)果產(chǎn)生較為顯著的影響，這一發(fā)現(xiàn)對(duì)于優(yōu)化電驅(qū)系統(tǒng)的電磁兼容性設(shè)計(jì)具有重要的參考意義。

6" 結(jié)論

電機(jī)的電磁兼容問題是重要且復(fù)雜的任務(wù)，本文通過試驗(yàn)和仿真，有效提高了研發(fā)和整改的效率，縮短了研發(fā)周期。對(duì)整車企業(yè)降低成本、增加效率具有重要的意義。研究中，采用等效線束法簡化電驅(qū)電機(jī)繞組，將其等效為一組線束，降低了模型復(fù)雜度，提高了仿真效率并減小誤差。經(jīng)試驗(yàn)室電流信號(hào)驗(yàn)證，證實(shí)了簡化方案的可行性。利用測(cè)功機(jī)獲取電機(jī)實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)，對(duì)比仿真與試驗(yàn)結(jié)果，驗(yàn)證了模型準(zhǔn)確性，為電機(jī)設(shè)計(jì)和問題定位提供便利。基于屏蔽理論，定位電機(jī)機(jī)殼漏磁嚴(yán)重位置，分析屏蔽效能，修改模型后驗(yàn)證了改進(jìn)方法的可行性。此外，研究線束連接方式對(duì)電磁兼容的影響，發(fā)現(xiàn)仿真能較好模擬真實(shí)試驗(yàn)，搭接不良的線束對(duì)測(cè)試結(jié)果影響較大，為未來電機(jī)設(shè)計(jì)與整改提供參考。

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