李喬 趙云 馬靜 姚卓民（中國電子科技集團公司第二十七研究所，河南鄭州 450047）

電動汽車電機控制器的電磁干擾抑制研究

李喬 趙云 馬靜 姚卓民
（中國電子科技集團公司第二十七研究所，河南鄭州 450047）

隨著電動汽車的推廣使用，電動汽車電機控制器的電磁兼容問題直接影響了電動汽車的安全性和可靠性，成為一個亟待解決的問題，備受業(yè)界關注。本文基于電磁兼容輻射發(fā)射標準要求和對電動汽車電機控制器的磁場輻射發(fā)射檢測結果進行分析、驗證，提出對電機控制器電磁干擾抑制的具體措施，試驗證明這些措施是有效的。

電機控制器 電磁干擾 干擾抑制

1　前言

近年來，在能源和環(huán)境雙重危機的壓力下，各國陸續(xù)開始了電動汽車的研發(fā)，在有限的車內(nèi)空間里高頻率開關使用以及大量電子部件的集成都給電動汽車帶來很多電磁兼容問題。

2　電機控制器的電磁干擾問題

2.1問題情況描述

本研究對一輛典型的國產(chǎn)電動汽車電機控制器進行了試驗。電機控制器的功率為12kw，控制方法為矢量控制。電機控制器主要包括功率電子系統(tǒng)和控制電子系統(tǒng)，其控制對象為永磁同步電動機。功率電子系統(tǒng)包括PWM逆變器主電路及其驅(qū)動模塊等；控制電子系統(tǒng)主要包括PWM逆變器的控制系統(tǒng)和電機控制模塊。電機控制系統(tǒng)與電動機之間存在電源供電電纜和旋變測速電纜。

根據(jù)“GB/T 18387-2008 電動車輛的電磁場發(fā)射強度的限值和測量方法，寬帶，9kHz～30MHz”輻射發(fā)射標準對選取的電機控制器進行磁場輻射發(fā)射試驗（環(huán)天線），其檢測結果如圖1所示，系統(tǒng)在高頻范圍向外輻射的磁場很大，超出限值，不滿足標準要求。

圖1　電機電控輻射發(fā)射頻譜

2.2問題分析

電機控制系統(tǒng)主要包括功率電子系統(tǒng)和控制電子系統(tǒng)，其控制對象為永磁電動機。功率電子系統(tǒng)包括PWM逆變器主電路及其驅(qū)動模塊等；控制電子系統(tǒng)主要包括PWM逆變器的控制系統(tǒng)和電機控制模塊。電機控制系統(tǒng)與電動機之間存在電源供電電纜和旋變測速電纜。

結合檢測結果，本課題基于電機控制系統(tǒng)差模輻射和共模輻射、逆變器環(huán)節(jié)的輻射發(fā)射，以及殼體屏蔽環(huán)節(jié)的輻射發(fā)射等方面，針對問題產(chǎn)生的原因進行分析。

2.2.1電機控制系統(tǒng)差模輻射和共模輻射

功率電子系統(tǒng)中，往往會因平行雙線而組成環(huán)路的電感（H/m）L是［1］：

在上式中：s表示平行雙線的距離；r表示線的半徑長度。［1］在電機控制器的功率電子系統(tǒng)中，開關的頻率一般在幾十kHz左右，這將產(chǎn)生很高的du/dt與di/dt，它們與電機控制器上母線的雜散電感相作用，必然會產(chǎn)生嚴重的電磁騷擾。這些騷擾信號通過共模和差模回路進行傳播，可通過電纜向外輻射出去。

2.2.2逆變器的電磁干擾

電壓源逆變器使用空間矢量脈寬調(diào)制技術，由于電機的三相輸出電壓不是絕對對稱，造成電機中點的電壓值實際上很難是零值，于是就產(chǎn)生了共模電壓。同時，PWM脈沖有很高的du/dt，于是在逆變器與電機之間就存在了大幅值的共模電壓和高du/dt，這就形成了主要的干擾源。

2.2.3殼體的電磁干擾

電機控制器的殼體屏蔽性差也會引起電磁干擾問題，這時因為殼體的屏蔽性差，殼體內(nèi)部控制電路的電磁信號就可以通過“場”的形式傳播出去，而殼體外部的各種電磁干擾噪聲也可以進入到控制電路中來影響控制電路。

3　電機控制器的電磁干擾抑制措施

表1　電機電控系統(tǒng)用電纜類型

3.1線束的輻射信號處理

引起電機控制器電磁干擾問題的原因有很多，其中最重要的就是電纜，因為電纜可以作為天線，將周圍的電磁信號發(fā)射出去。同時，由于電動汽車上可供安裝設備的空間十分有限，無法使安裝的電纜均保持安全的距離。本文將電機控制器系統(tǒng)使用的電纜分為2類，如表1所示。

線束布線規(guī)則：

（1）為達到充分的退耦，電機控制器與電機之間的動力線和CAN總線、信號線應盡可能遠離，保持的最小間距為0.3m；

（2）I類電纜與S類電纜可以垂直交叉，這時，不需要考慮電纜距離問題；

（3）I類電纜采用帶屏蔽層的電纜，供電線和回線之間的距離盡量靠近；

（4）CAN總線信號電纜采用帶屏蔽層雙絞線方式，盡量絞緊，且貼近底盤布線，以減少回路面積，防止低頻段的輻射干擾，高頻段加瓷珠解決；

（5）其它信號線采用帶屏蔽層的電纜，電纜的屏蔽層采取單端接地的方式，且貼近底盤布線。

3.2逆變器環(huán)節(jié)的抑制措施

本研究檢測的電機控制器系統(tǒng)使用的電壓源逆變器，采用空間矢量脈寬調(diào)制方法。由于電機的三相輸出電壓不是絕對對稱的，這就造成電機中點的電壓值實際上很難是零值，于是就產(chǎn)生了共模電壓。同時，PWM脈沖控制開關管通斷，會產(chǎn)生很高的du/dt，于是在逆變器與電機之間就存在了大幅值的共模電壓和高du/dt，這就形成了主要的干擾源。

因此，在電動汽車中，電機控制器與電機應盡可能得靠近，使其連接電纜盡可能得短以減少共模電流的環(huán)路面積，同時，連接電纜應貼近底盤同時帶有屏蔽層，其屏蔽層分別與電機控制器、電機360度搭接，這樣使得電纜屏蔽層與電機控制器和電機共同構成一個完整的屏蔽體，從而減少共模輻射［2］。

3.3殼體屏蔽

電磁輻射以“場”的形式沿空間傳播，因此通過殼體的屏蔽作用切斷輻射騷擾的傳播，是行之有效的抑制電磁輻射的方法。而殼體的屏蔽作用取決于殼體的導電連續(xù)性，殼體的導電連續(xù)性越好，耦合到被屏蔽電路的電磁場通過反射損耗和吸收損耗衰減得就越多。殼體總的屏蔽效能等于通過殼體的電磁場的反射損耗與吸收損耗之和。

從電力電子技術的角度看，電動汽車的電機控制器系統(tǒng)就是逆變器和變速電機控制器的組合。這類設備能夠產(chǎn)生大量的射頻噪聲。本試驗的電機控制器的殼體是鋁制的，其電磁屏蔽性首先應注意殼體上各電纜的開口和殼體的縫隙。因此，控制器的殼體與電纜之間使用金屬連接器，電纜均為屏蔽電纜，且保證電纜與連接器之間360度搭接，以抑制電磁信號的輻射發(fā)射；殼體螺釘間距要短，同時，加入實心導電橡膠條作為密封襯墊；用導電布將鋁制殼體的縫隙粘接起來，以減小縫隙引起的電磁干擾［3］。

另外，我們將電機控制器的功率模塊和控制電路分別用鋁板隔離，同時，將鋁制殼體可靠接地，使電機控制器的屏蔽性進一步加強，既確保逆變器周圍的電磁能量不進入控制電路影響設備功能，又使控制電路或功率模塊中產(chǎn)生的電磁能量不擴散出去。

4　結語

本文根據(jù)電機控制器的磁場輻射發(fā)射檢測結果分析了其存在的電磁干擾問題，經(jīng)過反復驗證，提出了有效的抑制方法，滿足了純電動汽車電機控制器的可靠性和安全性。

［1］沙斐.機電一體化系統(tǒng)的電磁兼容技術［M］.北京：中國電力出版社，1999.

［2］ Mutoh N.，Nakashima J.，Kanesaki M.. Multilayer Power Printed Structures Suitable for Controlling EMI Noises Generated in Power Converters［J］.IEEE Transactions on Industrial Electronics. 2003.50（6）：1085-1094.

［3］斐春松.純電動汽車電磁兼容分析與電磁干擾抑制［J］.汽車電器，2011.10：59-63.

李喬（1981—），女，彝族，貴州大方人，碩士研究生，工程師，研究方向：電磁兼容。