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新能源汽车电机加载辐射发射测试研究

2020-06-12 23:59:18·  来源：上海电器设备检测所  
　
新能源汽车电机加载辐射发射测试研究近年来全球大力发展新能源汽车产业，新能源汽车零部件具有电压高，电流大的特点，所以其EMC性能问题也日益受关注。在2016年
新能源汽车电机加载辐射发射测试研究
 
近年来全球大力发展新能源汽车产业，新能源汽车零部件具有电压高，电流大的特点，所以其EMC性能问题也日益受关注。在2016年，ISO标准化组织更新了CISRR 25标准，相较于老版本而言，新版本标准增加了新能源汽车高压电气化产品的EMC测试方法和要求，其中包括新能源汽车电机带载状态的EMC测试方法，主要有3种方法：传导发射电流法、传导发射电压法、辐射发射法。本文主要是针对不同的测试工装设计方案对辐射发射测试结果的影响进行相关研究分析。
 
01、研究背景
根据标准中要求，辐射发射测试布置按照图1进行，测试电机安装在暗室内测功机台架上，电机控制器放置在绝缘支撑上，外壳需要与接地平板相连；LV线束和HV线束长度为1700~2000mm，与接地平板前端平行的线束长度应为1500mm；电机控制器与电机之间的三相线的长度应不超过1000mm。所有线束除非物理上不可行都应放置在绝缘支撑上。这些部分在标准中都有较为详细的描述，但是一些细节上标准中并未有涉及，比如说需要如何制作测试电机与测功机连接的工装、对此工装在材质与结构上有何要求、电机加载EMC测试需要在什么样的工况下进行测试，这些细节在标准中都是没有规定，然而这些也都是我们每次测试会碰到也必须解决的问题。
 
图1 电机加载辐射发射测试布置图（以杆天线为例）
 
02、测试方法与数据分析
在标准中有提到电机机械轴承与测功机传动轴连接的工装设计处理方案,可能会使电机传动轴成为噪声的泄露途径。所以我们根据这一点，来研究对不同测试工装设计方案是否会对测试结果有影响。因为我们使用的暗室内测功机台架设计方式是测功机传动连接轴与电机L型安装支架是导通的，所以此处是针对测功机传动轴与电机机械轴两种不同的连接方式来进行分析比对。
一种方案是使用金属轴将测功机传动轴与电机机械轴相连，这个方案在电机安装上去之后，电机的机械轴与测功机传动连接轴和电机L型安装支架导通，也就是说电机的机械轴与电机的外壳导通。另一种方案是绝缘轴方案，电机的机械轴与测功机传动轴和L型安装支架隔离，不导通。以下是某个电机与控制器二合一样品的两种方案的辐射发射测试结果。以峰值检波器为例，蓝色线为金属轴测试数据，绿色线为绝缘测试数据。
 
图2 0.15~30MHz_垂直
 
图3 30~200MHz_垂直
 
图4 30~200MHz_水平
 
图5 200~1000MHz_垂直
 
图6 200~1000MHz_水平
 
图7 1000~2500MHz_垂直
 
图8 1000~2500MHz_水平
从图2至图8的测试数据曲线上可以看出，两种工装设计方案所测得的数据主要存在差异的频点是在杆天线测试的2MHz~30MHz，最大相差30多dB。
回过头来看，两种工装设计方案的目的都是为了使电机的机械轴连接到测功机的传动轴来实现带载工况，首先从电驱系统工作的原理上来分析，在电驱系统工作时，由逆变器功率器件 IGBT 的快速通断形成的陡峭电压边沿通过电机内的寄生电容产生干扰电流。该电流被称之为轴电流。一般轴电流分为两种，见图9。
 
图9 轴电流
第一种是环电流，由上述开关电压边沿变换在绕组与机壳之间的等效电容以及对地都将产生高频容性漏电流，这类漏电流将导致电机轴周围定子绕组的磁通不平衡，从而感应出高频轴电压Vshaft。当电机轴承上的润滑油膜的绝缘性寄生电容不能承受轴电压而击穿，容性电流形成，该电流沿着轴循环，通过轴承，然后沿着框架到另一个轴承，然后回到轴上。同时该循环电流总是伴随着静电放电电流，所以这也是影响辐射发射测试结果的因素之一。而这种电流环路信号在两种工装方案中都会存在。
第二种是转子轴电流，在金属轴工装方案中电机绕组与机壳之间的寄生电容流过的高频容性“漏电流”所引起的环流回流途径电机轴承上→电机轴→工装金属轴→到接地系统，再到电机控制器。从辐射发射测试的本质来说，这个“漏电流”大小是变化的，该电流所在的环路可以等效成一个天线，对外产生辐射。然后在绝缘轴方案中，是通过绝缘片将此信号电流隔离，没形成这个回路，所以也未形成这个对外的空间辐射。根据以上情况，通过使用轴电流探头，发现在金属轴工装上测得在小于30MHz的频率下，有较大的电流信号。
 
导论
以上结果分析表明，电机加载EMC测试工装的设计影响着辐射发射测试结果，本文主要讲述了使用绝缘轴与金属轴的结果差异，除此之外还有绝缘轴绝缘层厚度、若使用轴承连接，使用轴承的数量等方面同样也会影响到测试结果。上电科作为专业科研检测机构，有着专业的技术团队以及专门的新能源产品试验室，正在更进一步的研究新能源汽车高压部件的测试。
 
 
作者简介
盛忠一
上海电器设备检测所汽车事业部EMC试验室副部长，主要负责新能源汽车零部件EMC试验室建设与运行，致力于汽车电池包、加载电机、车载OBC的EMC测试方法研究。
 
 
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