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新能源汽车高压线束电磁噪声分析

2024-03-04 15:22:33·  来源：汽车NVH云讲堂  
　

在混合动力汽车中，将逆变器连接到电机的高压线束需要设计成抑制电磁辐射，当交流电流流过电线时，电磁辐射会干扰附近的其他电气设备。


高压线束连接HEV或EV中安装的蓄电池、逆变器和电机，如图1所示，它们携带高压和大电流。


要求线束高度可靠。一个可靠性指标是电磁兼容性（EMC）。具体而言，连接逆变器和电机的高压线束中的导线具有高交流电压和电流。它们产生的电磁场噪声有可能产生不利影响，包括附近电气/电子部件的故障。因此，有必要通过可靠性设计以减少这种电磁场噪声。


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图1 高压线束布置


图2显示了HEV和EV中使用的高压线束的一般结构。提供三根电线来输送三相交流电。三根导线的一端有连接到逆变器的端子。


另一端具有用于与电机连接的端子。因此，线束由两端绑着的三根电线和一个抗噪声屏蔽构件组成。


线束和其他电气部件的EMC特性由单个汽车制造商在车载条件下估计。线束供应商需要评估未安装的零件是否符合各汽车制造商根据适用国际标准制定的规范。每个供应商都有其原始的EMC评估技术。


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 图2 高压线束示意图


电线束所传输的电压和电流与周围空间中的电磁噪声之间的关系如下图所示。引起电磁噪声的电荷和电流分布可分为两种类型：偶极型和环形型。


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 图3 引起电磁场噪声的两种电荷和电流分布类型


偶极型类似于线性天线的电荷和电流分布。环形型则类似于闭合环路电流的分布。


右图显示了环形型产生的E和H场的表达式。这些项与距离R（原点到测量点的距离）成反比关系。


要得到偶极型E和H场，将lo-S替换为qo-I（qo：电荷；I：电荷之间的距离），以交换E场和H场（同时改变系数和负号）。换句话说，偶极型产生的E和H场与环形型产生的H和E场可以互相转换。


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 图4 环形型电流在其周围空间中产生的电场E和磁场H的理论表达式


当距离R和波长λ满足R>λ/2π时，辐射场占主导地位，电场与磁场的比值E/H在偶极子和环路型噪声源中均为相同值（376.7Ω）。


主导地位。在此条件下，


对于偶极子类型：R/Hλ/2π的E/H>E/H（其中辐射场占主导地位）；


对于回路类型：R/Hλ/2π的E/H


因此，当两种类型的噪声源同时存在时，偶极子型是靠近噪声源（R<λ/2π）位置处的电场噪声的主要来源，而环路型是相同位置处的磁场噪声的主要源。


 根据上述关系（R<λ/2π），在与频率不高于30 MHz的高压线束相距约1 m的测量点处，偶极子型被认为是电场噪声的主要来源，而环路型是磁场噪声的主要来源。


主要回路噪声源是高压线束和接地平面产生的回路电流，如下图所示。


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 图5 高压线束噪声排放估算系统中的回路电流路径（虚线）


如果将高压线束噪声排放估计系统视为传输线，则该系统具有正常和常见的传输模式。


在正常模式下，导线和屏蔽构件分别构成正向和反向路径。在共模中，导线（或屏蔽构件）和接地平面分别用作正向和反向路径。


正常模式下产生的磁场很小（理想同轴电缆为零）。因此，减小磁场噪声的一种有效方式可以是减小环路电流（共模电流）和/或环路电流所包围的区域。


由于偶极子类型被认为是电场的主导，电场噪声的主要来源是高压线束和接地平面之间的电势差。由于偶极电势差的存在以及周围空间中的合成电场，将产生电荷。因此，消除该电势差对于降低电场噪声是有效的。


从下图中可以看出，CAE方法已用于估计线束噪音。


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 图6 磁场距离高压线束1米（高压线束A）


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图7 磁场距离高压线束1米（高压线束B）

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