高润泽;翟丽;阳冬波
【摘 要】本论文就针对电动汽车电机驱动系统的电磁干扰特性进行了测试研究。文章首先阐述了电动汽车电机驱动系统电磁干扰产生的机理，其次介绍了电动汽车电机驱动系统电磁干扰的测试方法，包括传导发射测试以及近场辐射发射测试。传导发射测试主要包括直流母线、三相动力线缆的共模电流以及直流线缆的顺势脉冲发射；近场辐射发射测试主要包括对直流母线、三相动力线缆以及PCB板周围近场电场、磁场特性的测试。通过对电动汽车电机驱动系统的电磁干扰特性进行测试研究，通过与国家相关标准中的限值进行对比，能够对电动汽车电机驱动系统的电磁干扰特性进行评价，同时还可以精确出电磁干扰源产生的地方和原因，对进一步进行系统的电磁兼容性能改进提供测试分析方法和理论基础。%This paper firstly illustrated the theory of the EMI of the EVmotor control system. Second-ly, proposed an EMI test method of the EV motor control system, which include conducted emission tests and near-field radiation emission tests. The conducted emission tests focus on the DC bus, three-phase power cables, the common-mode current, as well as the DC bu
s transient pulse emission in the main power circuit;The near-field radiation emission test focus on the near-fieldelectric and electromag-netic field around the DC bus, three-phase power cables and the PCB. From the EMI tests, we could estimate the EMI characteristics of the EVmotor control system.We could find out whether the conduct-ed current andvoltage meet the corresponding EMI standards,find out the accurate position which gener-ate the EMI signal. Thus provide a good theoretical and test basisfor the system EMC design in the next stage .
【期刊名称】《交通节能与环保》
【年(卷),期】2015(000)004
【总页数】9页(P18-26)
【关键词】电动汽车;电机驱动系统;电磁干扰;电磁干扰测试
【作 者】高润泽;翟丽;阳冬波
【作者单位】交通运输部公路科学研究院，北京100088;北京理工大学，北京100081;交通运输部公路科学研究院，北京100088
【正文语种】中 文
【中图分类】U469.72
0 引言
电动汽车根据动力来源的不同可分为纯电动汽车、混合动力汽车、燃料电池汽车等。同传统汽车相比，它们的驱动系统有很大不同。均集成了大功率的电力电子装置构成的电气动力系统，包括动力电池、大功率DC/DC转换器或DC/AC逆变器、驱动电动机及其之间相连的高压电缆等。这些电力电子系统工作时，将发出强烈的电磁干扰，形成了很复杂的电磁环境。开关元器件在开通和关断中，由于电压和电流在短时间内发生跳变，许多开关元器件的du/dt已达到每微妙数十千伏，di/dt也已达到每微妙数千伏安，开关的工作频率也已达到了数十千赫兹，从而形成了很强的辐射和传导电磁干扰。另一方面，连接动力驱动部件的电缆为高压电缆，工作时有大电流（上百安培）流过，电流的波动也会产生强烈的电磁
辐射。电动汽车的电机驱动系统是车辆的核心，其安全性及可靠性决定了整车的安全性。因此，开展对电动汽车驱动系统的电磁兼容（EMC）性能的理论和试验测试研究是非常具有理论和实际意义的。
1 电动汽车电机驱动系统的电磁干扰产生机理分析
1.1 电动汽车电机驱动系统的电磁干扰源
电动汽车电机驱动控制系统主要由主功率回路、控制电路、机箱、散热器、电缆等部分组成。电动汽车驱动系统电磁干扰涉及的主要部件有蓄电池、逆变器、交流电缆及驱动电机等。
系统内、外部均存在电磁干扰源。其外部的电磁干扰源主要包括充放电系统、供电电源的负载突变、高频开关器件以及周围的强电元件，通过快速通断形成大脉冲电流而引起的电磁干扰。在电动汽车电机驱动系统内部，电源系统、主功率回路和电机这些大功率、大电流设备抗干扰能力相对较强，但它们由于开关电感机理等对整个系统造成很强的电磁干扰，主功率回路的主要部件功率模块，如IPM或IGBT等，是系统的主要电磁干扰源。这些
大功率开关器件通过开关动作，形成大脉冲电流和电压。电压和电流的快速暂态会产生辐射和噪声，特别是电力电子装置的快速整流、电机起动、高压辐射更会引起较高场强的传导及辐射骚扰，是系统中产生电磁干扰的根本原因。
电动汽车电机驱动系统的电磁干扰源主要有：
1.1.1 主功率回路产生的共模干扰源
共模干扰是指存在于信号线和回流线中，并且相位相同的噪声。如图1所示，在流有大小相等，方向相同的共模电流的线缆与大地之间形成了共模电压Vcm。
图1 共模干扰
共模干扰主要是由于开关元器件开关动作的经系统对地的寄生电容耦合而传播的。由于存在对地的寄生电容，当开关器件导通与关断的瞬间，开关器件产生较高的，对寄生电容进行充放电，便产生了共模电流。因此，共模干扰的产生必须存在一个接地点，从而形成了共模干扰回路。因此共模干扰电压产生的原因就是由于开关元器件开通和关断时产生的。在电机驱动系统中，任何一个存在对地寄生电容的地方都可以形成共模干扰回路，但很多
地方形成的寄生电容产生的共模电流很小，可以忽略不计。
汽车辐射在电动汽车电机驱动系统中，功率开关元器件产生的du/dt通过装置中的开关器件、金属引线、机壳等元器件对地的寄生电容进行充放电，从而产生传导共模EMI，如图1所示。而存在较大对地寄生电容的地方主要包括以下四处：
（1）功率开关器件的三个管脚与散热片之间的寄生电容；
（2）电机绕组与外壳之间的寄生电容；
（3）电机轴承与外壳之间的寄生电容；
（4）长电缆线与地之间形成的寄生电容等。
1.1.2 主功率回路产生的差模干扰源
差模电流是指往返于信号线和回流线之间，并且大小相同，方向相反的电流，线路之间形成了差模电压Vdm，如图2所示。差模回路可能会形成一个电流环路，从而产生差模辐射。
图2 差模干扰
差模干扰是指相线之间的干扰直接通过相线与电源形成的回路，为两根信号线上产生的幅度相等，相位相反的噪声。主要由空间电磁场在信号间耦合感应及由不平衡电路转换共模干扰所形成的电压。
在电机驱动控制系统中，差模干扰电流产生于IGBT开关通断过程中的电流快速变化率，虽然不经过电机，但为了保证电机电流的连续性，其他通道的电流也会有快速变化。开关器件产生较高的，当杂散电感L存在时，便产生了差模电压，如图2。
差模干扰与负载电流有很大关系，本系统的负载是感应电机，由于大电感的存在，其负载电流是连续的。显然差模干扰是系统正常工作所必须的，因此在根本上消除差模电流是不可能的，但是可以采取措施改变差模干扰电流的部分路径，这样可以避免对敏感器件的影响。
1.1.3 辐射干扰源
（1）电机
电机驱动系统的一个严重的电磁干扰源来自电机。电机是电感性设备，电机工作时会产生
很强的脉冲流并且可以在电源网络中传播，向周围空间辐射。电机的开、停以及负荷改变都会使工作电流改变并产生脉冲电流，这种骚扰表现为不规则的脉冲流，频谱约为10 kHz～1 GHz。
（2）动力线缆
汽车内线缆总长度可达3 km，尤其是电力线缆，不同谐波大电流三相交流电对外能够产生很强的噪声磁场。若对其进行不合理的布设，通过辐射，不仅会导致线缆之间相互串扰，影响其自身的正常电压和电流的大小，也会对其他车内部件和信号线产生EMI，影响其正常工作。同时，线缆的非屏蔽也会产生较大的电磁骚扰。
（3）机箱的屏蔽性差
机箱的屏蔽性差也会带来电磁泄漏，从而产生EMI。
（4）散热器
散热器会产生电磁振荡，散热片通常具有复杂的几何形状，具有多频带的RF辐射特性，很可能对开关频率谐波起到辐射天线作用。
1.2 电动汽车电机驱动系统的电磁干扰的传输途径
由于系统中得到电磁干扰源分为工模干扰源和差模干扰源，故干扰电流的传导路径模式也分为共模干扰传播途径和差模干扰两条传播途径。一般情况下，差模干扰幅度小、频率低、所造成的干扰较小，共模干扰幅度大、频率高，还可以通过导线产生辐射，所造成的干扰较大。
1.2.1 共模干扰传播途径
动力系统的共模电流是指以汽车底盘等非设计回路作为返回路径的电流。IGBT的开关会引起流向底盘的共模电流，其返回路径可能是电机对底盘的寄生电容、导线对底盘的寄生电容、电池组对车身的寄生电容。电动汽车电机驱动系统中的共模干扰传播途径根据杂散电容位置的不同，分为逆变器侧产生的共模干扰以及感应电机侧的共模干扰。
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