Elektromagnetinis suderinamumas elektrinėse transporto priemonėse

Kai srovė praeina per laidininką, jis sukuria elektromagnetinius laukus ir beveik visi elektroniniai prietaisai, tokie kaip televizoriai, skalbimo mašinos, indukcinė viryklė, šviesoforai, mobilieji telefonai, bankomatai, nešiojamieji kompiuteriai ir kt., Skleidžia elektromagnetinius laukus. Iškastinį kurą naudojančios transporto priemonės taip pat kenčia nuo elektromagnetinių trukdžių (EMI) - uždegimo sistema, starterio variklis ir jungikliai sukelia plačiajuosčio ryšio EMI, o elektroniniai prietaisai - siaurojo dažnio EMI. Tačiau, palyginti su ICE (vidinio degimo variklio) transporto priemonėmis, elektrinės transporto priemonės yra įvairių posistemių ir elektroninių komponentų, tokių kaip akumuliatorius, BMS, nuolatinės srovės keitiklis, keitiklis, elektros variklis, didelės galios kabeliai, paskirstyti aplink transporto priemonę, ir įkrovikliai, derinys. dirbate esant dideliam galios ir dažnio lygiui, dėl kurio išsiskiria aukšto lygio žemo dažnio EMI.

Jei stebime galimų elektrinių transporto priemonių galingumą ir įtampą, galios rodikliai yra nuo kelių dešimčių KW iki šimtų KW, o įtampos rodikliai yra šimtai voltų, todėl srovės lygis bus šimtuose Amperų, ​​o tai sukelia stipresnius magnetinius laukus

• „Nissan LEAF“ 125 kW galinių ratų pavara veikia esant 400 V _nuolatinei įtampai
• „BMW i3“ 125 kW galinių ratų pavara veikia esant 500 V _nuolatinei įtampai
• „Tesla“ modelis S turi 235 kW galinių ratų pavarą, veikiančią esant 650 V _nuolatinei įtampai
• „Toyota Prius“ (3-ioji karta) priekinių ratų pavara veikia su 74 V _įtampa
• „Toyota Prius PHV“ priekinių ratų pavara įvertinta 60 kW, kai _{įtampa yra} 350 V
• „Chevrolet Volt PHV“ priekinių ratų pavara, kurios vardinė galia yra 55 kW (x2), veikia esant 400 V _DC

Panagrinėkime elektrinę transporto priemonę su 100 kW elektrine pavara, veikiančia esant 400 V, tai reiškia, kad jos srovė yra 250 A, o tai sukuria stiprų magnetinį lauką. Projektuodami transporto priemonę turime įvertinti visų šių posistemių ir komponentų elektromagnetinį suderinamumą (EMS), kad užtikrintume komponentų ir gyvų būtybių saugumą.

Terminai ir apibrėžimai, susiję su EMS ir EMI

Prietaiso ar įrangos elektromagnetinis suderinamumas reiškia, kad jis gali neveikti elektromagnetinio lauko (EML) ir nedaryti įtakos kitoms sistemoms, veikiančioms elektromagnetinėje aplinkoje. EMS reiškia elektromagnetinės spinduliuotės, jautrumo, atsparumo ir sujungimo problemas.

Elektromagnetinė emisija reiškia elektromagnetinės energijos generavimą ir išleidimą į aplinką. Bet koks nepageidaujamas spinduliavimas sukelia trikdžius ar trikdžius kitiems elektroniniams prietaisams, veikiantiems toje pačioje aplinkoje, ty vadinamiems elektromagnetiniais trikdžiais (EMI).

Elektromagnetinis prietaiso jautrumas rodo, kad jis yra pažeidžiamas dėl nepageidaujamų spindulių ir trikdžių, kurie sukelia prietaiso veikimo sutrikimus arba gedimus. Jei prietaisas yra jautresnis, tai reiškia, kad jis mažiau apsaugotas nuo elektromagnetinių trukdžių.

Elektromagnetinis prietaiso atsparumas reiškia jo gebėjimą normaliai veikti esant elektromagnetinei aplinkai, nepatiriant trukdžių ar sugedus dėl kito elektroninio prietaiso skleidžiamų elektromagnetinių spindulių.

Elektromagnetinis sujungimas - vieno įtaiso skleidžiamo elektromagnetinio lauko mechanizmas, pasiekiantis kitą įrenginį arba jį veikiantis.

Elektromagnetinių trukdžių (EMI) šaltiniai EV

• Žinoma, kad maitinimo keitikliai yra pagrindinis elektromagnetinių trukdžių šaltinis elektrinėse pavaros sistemose. Jie turi didelės spartos perjungimo įtaisą, pvz., Įprasti izoliuoti vartų bipoliniai tranzistoriai (IGBT) dirba nuo 2 iki 20 kHz dažniu, greiti IGBT gali veikti iki 50 kHz, o SiC MOSFET - net viršyti 150 KHz.
• Elektros varikliai, kurie veikia esant aukštoms energijos lygmenų sukelia elektromagnetinius kiekį ir tai veikia kaip keliu EM triukšmo per tai varža. Ir ši varža keičiasi kaip dažnio funkcija. Kadangi elektrinių variklių pavaros naudoja galios keitiklius, naudojančius greitą PWM perjungimą, variklio gnybtuose atsiranda viršįtampių įtampos, kurios sukelia spinduliuojamą EM triukšmą. Dėl veleno srovės gali sugesti variklio guoliai ir sutrikti transporto priemonės valdiklio veikimas.
• Skirstant traukos baterijas, baterijose ir jungiamosiose jungtyse esančios srovės tampa reikšmingu EML šaltiniu, ir tai yra pagrindinė EMI kelio dalis.
• Ekranuoti ir neekranuoti kabeliai, perduodami aukšto lygio srovę tarp įvairių posistemių, pavyzdžiui, akumuliatoriaus į maitinimo keitiklį, galios keitiklio į variklį ir kt., Sukelia stipresnius magnetinius laukus. Kadangi laisva vieta EV laidams yra ribota, aukštos įtampos ir žemos įtampos kabeliai yra pastatyti arti vienas kito, todėl tarp jų atsiranda elektromagnetiniai trukdžiai.
• Baterijų įkrovikliai ir belaidžio įkrovimo įrenginiai yra pagrindiniai išoriniai EMI šaltiniai, išskyrus EV vidinį EMI šaltinį. Kai EV įkrovimui taikoma belaidžio energijos technologija, sukuria stiprų magnetinį lauką nuo kelių dešimčių iki šimtų kilohercų, kad keli KW būtų perduoti dešimtims KW galios.

EMI poveikis elektrinių transporto priemonių elektroniniams komponentams

Šiais laikais, tobulėjant technologijoms, automobiliuose yra daugiau elektroninių komponentų ir sistemų, užtikrinančių tinkamą veikimą ir patikimumą. Jei matome elektrinių transporto priemonių architektūrą, daug elektrinių ir elektroninių sistemų dedama į uždarą erdvę. Tai sukelia elektromagnetinius trukdžius arba tarpusavio pokalbį tarp šių sistemų. Jei EMC nėra tinkamai prižiūrimas, šios sistemos gali sugesti arba net neveikti.

EMS

Daugumą automobilių EMS standartų nustato Automobilių inžinierių draugija (SAE), Tarptautinė standartų organizacija (ISO), Tarptautinis elektrotechnikos komitetas (IEC), Elektros ir elektronikos inžinierių standartų asociacijos institutas ( IEEE -SA), Europos bendrija (EB) ir Jungtinių Tautų Europos ekonomikos komisija (JT EEK).

ISO 11451 nurodytos bendrosios sąlygos, gairės ir pagrindiniai principai, kaip išbandyti transporto priemonę, siekiant nustatyti ICE ir elektrinių transporto priemonių atsparumą per siaurus dažnius spinduliuojančius elektromagnetinius spindulius.

ISO 11452 nurodomos bendrosios sąlygos, gairės ir pagrindiniai komponento bandymo principai, siekiant nustatyti ICE ir elektrinių transporto priemonių elektroninių komponentų atsparumą virš elektros trikdžių siaurojo spinduliavimo EMF.

CISPR12 nurodytos ribos ir matavimo metodai, skirti išbandyti elektromobilių, ICE transporto priemonių ir valčių skleidžiamą elektromagnetinį spinduliavimą.

CISPR25 nurodytos radijo trikdžių charakteristikų matavimo ribos ir metodai bei transporto priemonės bandymo procedūra siekiant nustatyti RI / RE lygius imtuvų, naudojamų transporto priemonėse, apsaugai.

SAE J551 -1 nurodo transporto priemonių ir prietaisų (60Hz-18GHz) veikimo lygius ir EMS matavimo metodus.

SAE J551 -2 nurodo transporto priemonių, motorinių valčių ir kibirkštinio uždegimo varikliu varomų prietaisų radijo trukdžių (emisijos) charakteristikų bandymo ribas ir matavimo metodus.

SAE J551-4 nurodo transporto priemonių ir prietaisų, plačiajuosčio ir siaurojo dažnio, nuo 150 KHz iki 1000 MHz, radijo trukdžių charakteristikų bandymo ribas ir matavimo metodus.

SAE J551-5 nurodo elektromobilių nuo 9 kHz iki 30 MHz dažnio lygius ir magnetinio ir elektrinio lauko stiprumo matavimo metodus.

SAE J551-11 nurodo transporto priemonės elektromagnetinio atsparumo išjungtą šaltinį.

SAE J551- 13 Nurodo transporto priemonės elektromagnetinis atsparumas-Tūrinės srovės injekcija.

SAE J551- 15 Nurodo transporto priemonės elektromagnetinis atsparumas-elektrostatinės iškrovos, kuri bus daroma ekranuoti kambaryje.

SAE J551- 17 specifiesvehicle elektromagnetinis atsparumas-elektros linijų magnetinių laukų.

2004/144 EB - IV priede nurodytas transporto priemonių skleidžiamo plačiajuosčio ryšio spinduliuotės matavimo metodas.

2004/144 EB - V priede nurodytas transporto priemonių skleidžiamo siaurajuosčio spinduliavimo matavimo metodas.

2004/144 EB - VI priede nurodytas transporto priemonių atsparumo elektromagnetinei spinduliuotei bandymo metodas.

AIS-004 (3 dalis) pateikti elektromagnetinio suderinamumo automobiliuose reikalavimai.

AIS-004 (3 dalis) 2 priede paaiškinamas transporto priemonių skleidžiamo plačiajuosčio elektromagnetinio spinduliavimo matavimo metodas.

AIS-004 (3 dalis) 3 priede paaiškinamas transporto priemonių skleidžiamo siaurajuosčio elektromagnetinio spinduliavimo matavimo metodas.

AIS-004 (3 dalis) 4 priede paaiškinamas transporto priemonių atsparumo elektromagnetinei spinduliuotei bandymų metodas.

AIS-004 (3 dalis) 5 priede paaiškinamas plačiajuosčio spinduliuojamojo elektromagnetinio spinduliavimo iš elektrinių / elektroninių mazgų matavimo metodas.

AIS-004 (3 dalis) 6 priede paaiškinamas siaurajuosčio elektromagnetinio spinduliavimo, kurį skleidžia elektriniai / elektroniniai mazgai, matavimo metodas.

Elektromagnetinių laukų poveikio žmonėms ribos

Elektrinės transporto priemonės sukelia nejonizuojančią elektromagnetinę spinduliuotę, kuri trumpą laiką nedaro įtakos žmonių sveikatai. Tačiau jei ilgą laiką spinduliuojamas magnetinis laukas viršija standartines ribas, tai daro poveikį žmonių sveikatai. Taigi projektuojant elektrines transporto priemones reikia atsižvelgti į magnetinio lauko poveikio pavojus.

Elektromagnetinį poveikį keleiviams veikia įvairios elektromobilių konfigūracijos, galios lygiai ir topologijos, pvz., Priekinių ar galinių ratų pavara, akumuliatoriaus padėtis ir atstumas tarp elektros įrangos iki keleivių ir kt.

Apsvarstydamos galimą kenksmingą elektromagnetinių laukų poveikio žmonėms poveikį, tarptautinės organizacijos, įskaitant Pasaulio sveikatos organizaciją (PSO) ir Tarptautinę nejonizuojančiosios radiacijos apsaugos komisiją (ICNIRP), ES direktyvose, IEEE nustatė didžiausio leistino magnetinio lauko apšvitos ribas. visuomenės.

Dažnis (Hz)	Magnetiniai laukai H (AM -1)	Magnetinio srauto tankis B (T)
<0,153 Hz	9,39 x 10 4	118 x 10 -3
0,153 -20Hz	1,44 x 10 4 / f	18,1 x 10-3 / f
20–759 Hz	719	0,904 x 10 -3
759 Hz - 3 kHz	5,47 x 105 / f	687 x 10 -3 / f

Žemiau yra lentelė, rodanti didžiausią leistiną magnetinio lauko lygį plačiajai visuomenei pagal IEEE standartą

Profesinė - tai žmonės, patyrę EML, dirbdami įprastą darbo veiklą.

Plačioji visuomenė reiškia likusią visuomenės dalį, išskyrus profesinę, veikiamą elektromagnetinių laukų

Orientacijos vertės neturi neigiamo poveikio sveikatai normaliomis darbo sąlygomis ir asmenims, neturintiems jokio aktyvaus implantuoto medicinos prietaiso arba esant nėščiai. Tai atitinka lauko stiprumą.

Veiksmo vertė sukelia tam tikrą poveikį, kurį veikia šis lygis. Tai atitinka maksimalų tiesiogiai išmatuojamą lauką.

• Iš esmės veiksmo vertė yra didesnė nei orientacijos vertė.
• Profesinės visuomenės ekspozicijos vertės yra didesnės nei bendrosios visuomenės ekspozicijos vertės.

Elektromagnetinio suderinamumo bandymai

Norint patikrinti, ar elektrinė transporto priemonė atitinka reikalaujamus standartus, reikia atlikti EMS testavimą . Siekiant įvertinti EMS, atliekami elektrinių transporto priemonių laboratoriniai ir kelių bandymai. Šiuos bandymus sudaro išmetamųjų teršalų, jautrumo ir atsparumo testai.

Atliekami laboratoriniai bandymai, kad būtų galima apibūdinti visų laive esančių elektros įrenginių EMS bandymų kameroje skleidžiamą magnetinį lauką ir imlumą. Šios kameros yra be aido ir reverberacijos tipo.

Atliekant išmetamųjų teršalų bandymą keitikliai apima linijinės impedanso stabilizavimo tinklą (LISN) arba dirbtinį tinklo tinklą (AMN). Atliekant spinduliuotės emisijos bandymą, antenos naudojamos kaip keitikliai. Spinduliuotės emisija matuojama visomis kryptimis aplink bandomą įrenginį (DUT).

Jautrumo bandymams elektromagnetinė energija nukreipiama į DUT, naudojant didelės galios RF EM energijos šaltinį ir spinduliuojančią anteną. Atliekant bandymą su elektrine transporto priemone, išskyrus bandomą prietaisą (DUT), viskas bus išjungta ir tada bus matuojamas magnetinis laukas.

Išoriniai bandymai atliekami realiame pasaulyje vairavimo keliais sąlygomis. Atliekant šiuos bandymus, bandoma transporto priemonė turi važiuoti maksimaliu pagreičiu ir lėtėjimu, kad būtų užtikrinta didžiausia srovė traukos ir regeneracinio stabdymo metu. Šie bandymai bus atliekami tiesiame kelyje, kur magnetiniai laukai dėl žemės yra pastovūs, o kai kuriais atvejais - ir stačių šlaitų keliuose. Atlikdami bandymus keliuose, turime nustatyti išorinius magnetinius trikdžius iš išorinių šaltinių, tokių kaip geležinkelio linijos, šulinių dangčiai ir kiti automobiliai, elektros paskirstymo įranga, aukštos įtampos perdavimo linijos ir galios transformatoriai.

Kurkite geresnio EMS ir EMI mažinimo gaires

• Didelės srovės perdavimo nuolatinės srovės kabeliai turėtų būti pagaminti susuktai, kad srovė šiame kabelyje tekėtų priešinga kryptimi, todėl EML emisija būtų kuo mažesnė.
• Trifaziai kintamosios srovės kabeliai turėtų būti susukti ir pastatyti kuo arčiau, kad kuo labiau sumažėtų EML emisija.
• Visus šiuos maitinimo kabelius reikia pastatyti kuo toliau nuo keleivių sėdynių srities. Šie ryšiai neturėtų sudaryti kilpos.
• Jei atstumas tarp keleivio sėdynių ir kabelio yra mažesnis nei 200 mm, reikia naudoti ekraną.
• Variklius reikia pastatyti toliau nuo keleivio sėdynės zonos, o variklio sukimosi ašis neturi būti nukreipta į keleivio sėdynės zoną.
• Kadangi plienas turi geresnį apsauginį poveikį, jei leidžia svoris, o ne aliuminis, varikliui reikia naudoti metalinį metalinį korpusą.
• Jei atstumas tarp variklio ir keleivio sėdynės ploto yra mažesnis nei 500 mm, tarp variklio ir keleivio sėdynės turi būti naudojamas ekranas, kaip plieninė plokštė.
• Variklio korpusas turėtų būti tinkamai įžemintas iki važiuoklės, kad būtų sumažintas bet koks elektros potencialas.
• Norėdami sumažinti kabelio ilgį tarp keitiklio ir variklio, jie sumontuoti kuo arčiau vienas kito.
• Norėdami slopinti viršįtampį, veleno srovę ir skleidžiamą triukšmą, prie variklio gnybtų reikia pritvirtinti EMI triukšmo valdiklį.
• Skaitmeninis aktyvus EMI filtras turi būti integruotas į nuolatinės srovės-nuolatinės srovės keitiklio skaitmeninį valdiklį, kad įkrautų žemos įtampos bateriją ir užtikrintų reikšmingą EMI slopinimą.
• Siekiant slopinti EMI belaidžio įkrovimo metu, sukurtas rezonansinis reaktyvus ekranavimas. Čia nuotėkio magnetinis laukas praeina per rezonansinius reaktyviuosius skydo ritinius taip, kad kiekvienos skydinės ritės sukeltas EML gali panaikinti krintantį EMF, o magnetinio lauko nuotėkį galima efektyviai nuslopinti nenaudojant papildomos energijos.
• Siekiant apsaugoti WPT sistemos elektromagnetinio lauko spinduliavimą, buvo sukurtos laidžios, magnetinio ir aktyvaus ekranavimo technologijos.
• Elektromobiliams sukurtas EMI triukšmo reguliatorius, pritvirtintas prie variklio gnybtų, kad būtų slopinama viršįtampio įtampa, veleno srovė ir spinduliuojamas triukšmas.