新能源汽車電機加載輻射發(fā)射測試研究
近年來全球大力發(fā)展新能源汽車產(chǎn)業(yè)，新能源汽車零部件具有電壓高，電流大的特點，所以其EMC性能問題也日益受關(guān)注。在2016年，ISO標(biāo)準(zhǔn)化組織更新了CISRR 25標(biāo)準(zhǔn)，相較于老版本而言，新版本標(biāo)準(zhǔn)增加了新能源汽車高壓電氣化產(chǎn)品的EMC測試方法和要求，其中包括新能源汽車電機帶載狀態(tài)的EMC測試方法，主要有3種方法：傳導(dǎo)發(fā)射電流法、傳導(dǎo)發(fā)射電壓法、輻射發(fā)射法。本文主要是針對不同的測試工裝設(shè)計方案對輻射發(fā)射測試結(jié)果的影響進(jìn)行相關(guān)研究分析。
01、研究背景
根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)中要求，輻射發(fā)射測試布置按照圖1進(jìn)行，測試電機安裝在暗室內(nèi)測功機臺架上，電機控制器放置在絕緣支撐上，外殼需要與接地平板相連；LV線束和HV線束長度為1700~2000mm，與接地平板前端平行的線束長度應(yīng)為1500mm；電機控制器與電機之間的三相線的長度應(yīng)不超過1000mm。所有線束除非物理上不可行都應(yīng)放置在絕緣支撐上。這些部分在標(biāo)準(zhǔn)中都有較為詳細(xì)的描述，但是一些細(xì)節(jié)上標(biāo)準(zhǔn)中并未有涉及，比如說需要如何制作測試電機與測功機連接的工裝、對此工裝在材質(zhì)與結(jié)構(gòu)上有何要求、電機加載EMC測試需要在什么樣的工況下進(jìn)行測試，這些細(xì)節(jié)在標(biāo)準(zhǔn)中都是沒有規(guī)定，然而這些也都是我們每次測試會碰到也必須解決的問題。
圖1 電機加載輻射發(fā)射測試布置圖（以桿天線為例）
02、測試方法與數(shù)據(jù)分析
在標(biāo)準(zhǔn)中有提到電機機械軸承與測功機傳動軸連接的工裝設(shè)計處理方案,可能會使電機傳動軸成為噪聲的泄露途徑。所以我們根據(jù)這一點，來研究對不同測試工裝設(shè)計方案是否會對測試結(jié)果有影響。因為我們使用的暗室內(nèi)測功機臺架設(shè)計方式是測功機傳動連接軸與電機L型安裝支架是導(dǎo)通的，所以此處是針對測功機傳動軸與電機機械軸兩種不同的連接方式來進(jìn)行分析比對。
一種方案是使用金屬軸將測功機傳動軸與電機機械軸相連，這個方案在電機安裝上去之后，電機的機械軸與測功機傳動連接軸和電機L型安裝支架導(dǎo)通，也就是說電機的機械軸與電機的外殼導(dǎo)通。另一種方案是絕緣軸方案，電機的機械軸與測功機傳動軸和L型安裝支架隔離，不導(dǎo)通。以下是某個電機與控制器二合一樣品的兩種方案的輻射發(fā)射測試結(jié)果。以峰值檢波器為例，藍(lán)色線為金屬軸測試數(shù)據(jù)，綠色線為絕緣測試數(shù)據(jù)。
圖2 0.15~30MHz_垂直
圖3 30~200MHz_垂直
圖4 30~200MHz_水平
圖5 200~1000MHz_垂直
圖6 200~1000MHz_水平
圖7 1000~2500MHz_垂直
圖8 1000~2500MHz_水平
從圖2至圖8的測試數(shù)據(jù)曲線上可以看出，兩種工裝設(shè)計方案所測得的數(shù)據(jù)主要存在差異的頻點是在桿天線測試的2MHz~30MHz，最大相差30多dB。
回過頭來看，兩種工裝設(shè)計方案的目的都是為了使電機的機械軸連接到測功機的傳動軸來實現(xiàn)帶載工況，首先從電驅(qū)系統(tǒng)工作的原理上來分析，在電驅(qū)系統(tǒng)工作時，由逆變器功率器件 IGBT 的快速通斷形成的陡峭電壓邊沿通過電機內(nèi)的寄生電容產(chǎn)生干擾電流。該電流被稱之為軸電流。一般軸電流分為兩種，見圖9。
圖9 軸電流
第一種是環(huán)電流，由上述開關(guān)電壓邊沿變換在繞組與機殼之間的等效電容以及對地都將產(chǎn)生高頻容性漏電流，這類漏電流將導(dǎo)致電機軸周圍定子繞組的磁通不平衡，從而感應(yīng)出高頻軸電壓Vshaft。當(dāng)電機軸承上的潤滑油膜的絕緣性寄生電容不能承受軸電壓而擊穿，容性電流形成，該電流沿著軸循環(huán)，通過軸承，然后沿著框架到另一個軸承，然后回到軸上。同時該循環(huán)電流總是伴隨著靜電放電電流，所以這也是影響輻射發(fā)射測試結(jié)果的因素之一。而這種電流環(huán)路信號在兩種工裝方案中都會存在。
第二種是轉(zhuǎn)子軸電流，在金屬軸工裝方案中電機繞組與機殼之間的寄生電容流過的高頻容性“漏電流”所引起的環(huán)流回流途徑電機軸承上→電機軸→工裝金屬軸→到接地系統(tǒng)，再到電機控制器。從輻射發(fā)射測試的本質(zhì)來說，這個“漏電流”大小是變化的，該電流所在的環(huán)路可以等效成一個天線，對外產(chǎn)生輻射。然后在絕緣軸方案中，是通過絕緣片將此信號電流隔離，沒形成這個回路，所以也未形成這個對外的空間輻射。根據(jù)以上情況，通過使用軸電流探頭，發(fā)現(xiàn)在金屬軸工裝上測得在小于30MHz的頻率下，有較大的電流信號。
導(dǎo)論
以上結(jié)果分析表明，電機加載EMC測試工裝的設(shè)計影響著輻射發(fā)射測試結(jié)果，本文主要講述了使用絕緣軸與金屬軸的結(jié)果差異，除此之外還有絕緣軸絕緣層厚度、若使用軸承連接，使用軸承的數(shù)量等方面同樣也會影響到測試結(jié)果。上電科作為專業(yè)科研檢測機構(gòu)，有著專業(yè)的技術(shù)團隊以及專門的新能源產(chǎn)品試驗室，正在更進(jìn)一步的研究新能源汽車高壓部件的測試。
作者簡介
盛忠一
上海電器設(shè)備檢測所汽車事業(yè)部EMC試驗室副部長，主要負(fù)責(zé)新能源汽車零部件EMC試驗室建設(shè)與運行，致力于汽車電池包、加載電機、車載OBC的EMC測試方法研究。
