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电动汽车有关论文范文文献,与电动汽车电机驱动系统EMC综述相关论文查重
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摘 要：针对电动汽车电机驱动系统存在的电磁兼容（ElectromagicCompatibility,EMC）问题,介绍了电机驱动系统的EMC特性,阐述电机驱动系统的EMC问题及其干扰机理,回顾电机驱动系统EMC预测分析方法,总结了电机驱动系统电磁干扰（ElectromagicInterference,EMI）抑制技术,指出建立精确的EMC仿真分析模型,通过EMC方案设计与系统优化,研究工程实用的电机驱动系统EMI抑制技术是亟待解决的问题.对电动汽车电机驱动系统的EMC研究具有一定的参考价值.
关 键 词：电机驱动系统；电磁兼容（EMC）；电磁干扰（EMI）；预测建模；EMI抑制
中图分类号：U463.68文献标文献标识码：A文献标DOI：10.3969/j.issn.2095-1469.2014.05.02
Abstract：Aimingatsolvingtheexistingelectromagicpatibility（EMC）problemoftheelectricvehiclemotordrivesystem,thispaperfirstlyintroducestheEMCcharacteristicsandthentheEMCinterferencemechanismisexpounded.Moreover,theEMCpredictiveanalysismethodsofEVmotordrivesystemarereviewed.AndtheEMIsuppressiontechnologiesaresummarizedaswell.Finally,itisaddressedthatthekeystosolvingtheEMCproblemincludehowtoestablishthecorrectEMCsimulationmodelforprediction,andhowtoresearchEMIsuppressiontechnologiesofthemotordrivesystembymeansoftheEMCschemedesignandsystemoptimization.
Keywords：motordrivesystem；EMC；EMI；predictivemodeling；EMIsuppression
随着人们对电动汽车性能、安全、舒适性等各方面要求的不断提高,电动汽车上各种电子设备的功率越来越大,系统灵敏度越来越高,接受微弱信号的能力越来越强,电子产品所使用的频带也越来越宽.因此,电子设备之间的相互影响也越来越大.其中,作为电动汽车核心的具有大功率、大电流的电机驱动系统对其它电气电子设备的干扰影响尤为严重.
目前,针对大功率、大电流的车用电气系统EMC标准还未出台,而随着电动汽车产业的不断发展以及相关EMC标准的规范,迫切需要研究电机驱动系统的EMI机理、试验测试方法、预测分析方法以及EMI抑制技术等,这对提高电动汽车整车EMC性能,缩短产品开发周期,节约成本等具有重要的理论意义和工程实用价值.
1电动汽车电机驱动系统EMC概述
1.1电动汽车电机驱动系统
电动汽车借助蓄电池或超级电容提供能量,利用电力电子装置DC/AC（或DC/DC）进行能量变换提供给交流电机（或直流电机）负载进行驱动.图1是以交流电机为例的电动汽车驱动系统的结构框图和示意图.蓄电池（或超级电容器）、主电路、控制电路、电机共同构成了整个驱动系统,粗实线表示的是大功率、大电流线缆.从图1（a）可以看出整个系统结构非常复杂,既包括300V左右的高压设备和线缆,又包括5V左右的微控制器电路.数字信号处理器（DigitalSignalProcessor,DSP）控制电路由12V蓄电池通过小功率的DC/DC变换模块供电,并发出驱动信号（通常是10V左右的PWM信号）驱动主电路的绝缘栅门极晶体管（InsulatedGateBipolarTranslator,IGBT）模块实现电机供电或调速.蓄电池提供的直流电通过逆变电路中IGBT模块快速通断而转换成以供交流电机正常工作的交流电,如图1（b）所示.
1.2电机驱动系统EMC环境
由于电动汽车电机驱动系统的高电压、大电流以及复杂的结构,使其电磁干扰能量较大、频带较宽且传播耦合路径呈多样性,这增加了电机驱动系统EMC研究的难度.但就EMI的基本性质而言,电机驱动系统EMI与其它电子设备或系统的EMI一样,都是由电磁干扰源、传播路径（或耦合通道）和受扰体（敏感体）3个基本要素组成[1],如图2所示.因此只需要切断三要素中的任何一个环节,电机驱动系统的EMI问题都能得以解决.
1.2.1电磁干扰源
从图1的电机驱动系统结构与示意图可以看出,整个电机驱动系统的电磁环境非常复杂.其中,控制电路上的时钟信号、数字信号、驱动信号是DSP上的主要干扰源,但相对于主电路以及电机等大功率、大电流设备,其抗干扰能力较弱；由于主电路（逆变电路、电缆）和电机存在大量的杂散电感和电容,在驱动电路作用下,开关器件开通和关断必然会导致电压和电流在短时间内发生瞬变（IGBT最快能到上百纳秒）,形成高的du/dt和di/dt,对整个系统造成很强的电磁干扰,是系统的主要电磁干扰源[2].
1.2.2传播途径
电磁干扰以传导和辐射的方式进行传播,相应的传播路径也不同.传导电磁干扰传播,是指通过导线或其它元器件（如电容、电感等）,以电压或电流的形式,将电磁噪声的能量在电路中传送.辐射电磁干扰传播,则是指辐射干扰源在空间以电磁波的形式传播.在电机驱动系统EMI作用下,根据传导干扰方式的不同,把EMI分为共模（CommonMode,CM）干扰和差模（DifferentialMode,DM）干扰两种形式.它们产生的内部机理有所不同,共模干扰源产生的主要原因是电路中的高du/dt对寄生电容进行充放电,产生的高频共模电流通过相线、寄生电容和地构成流通回路；差模干扰是指相线之间的干扰,由逆变器工作时产生的脉动电流di/dt引起,直接通过相线与电源形成干扰回路,差模干扰和共模干扰传播途径如图3和图4所示.当电路中的干扰在30MHz以上时,干扰源就会以电磁波的形式在空间传播至受扰设备[3].
1.2.3受扰敏感设备
一个设备必须能够抗干扰,才能保证设备的正常运行,表征抗干扰性能的指标是抗扰性或敏感性.由图3和图4可以看出,在电机驱动系统EMI作用下,电动汽车上的受扰敏感设备主要包括整个电机驱动系统、蓄电池系统以及车上的其它共地或者共电源网络的电气设备和控制系统等.
2电机驱动系统EMI问题及其干扰机理
国内外对电动汽车的研究已有较大的突破,而专门针对电动汽车电机驱动系统EMC的研究历史还不长.早期主要是针对电机驱动系统的EMI机理以及抗干扰的基本措施进行研究.
最早的可查阅文献可以追溯到1993年,SankaranV.A.等人提出IGBT的高速开关动作容易引起EMI问题,并需要研究软开关技术在驱动系统逆变电路中应用的可行性[4].1995年,ZhongE.K.等人通过试验确定了逆变系统会产生相当大的脉冲电流并通过线缆引入系统,造成严重的传导EMI问题以及电力系统中的电压波形畸变[5].1997年,LaiJ.S.
采用一个辅助开关和各相上的一个谐振电感,使主开关可以在零电压的情况下打开,并且对100kW三相逆变器进行了实际测试,通过仿真和实测证实了软开关技术可以减少EMI[6].2001年,DongW.
等人通过试验验证了辅助准谐振逆变器可以减小EMI,但该种软开关逆变器仅在2～10MHz效果明显,且考虑到成本、体积、效率等因素,这种软开关逆变器不适用于电动汽车驱动系统[7].2003年,GuttowskiS.等人对新型电力驱动系统安装在传统乘用车中引起的EMI问题进行了研究[8].2007年,NelsonJ.J.等人指出瞬态运行的驱动系统如负载转矩和速度渐变会造成更严重的EMI问题[9].
国内对电机驱动系统EMI问题及其EMI机理研究起步较晚,清华大学的陈斌等人指出IGBT的高速开关动作产生很高du/dt和di/dt,由此导致严重的EMI问题,并应用系统函数的方法来描述这种EMI耦合通道的特征,准确预测了EMI的时域波形和频谱特性[10].2005年,窦汝振等人指出共模电压会带来共模电流、电压谐波等问题[11],在2011年又对电机驱动系统EMI特性及其传播机制进行了分析[12].2008年,西北工业大学的
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