新能源汽車電機加載輻射發射測試研究

近年來全球大力發展新能源汽車產業，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注。在2016年，ISO標準化組織更新了CISRR 25標準，相較于老版本而言，新版本標準增加了新能源汽車高壓電氣化產品的EMC測試方法和要求，其中包括新能源汽車電機帶載狀態的EMC測試方法，主要有3種方法：傳導發射電流法、傳導發射電壓法、輻射發射法。本文主要是針對不同的測試工裝設計方案對輻射發射測試結果的影響進行相關研究分析。
 

01、研究背景

根據標準中要求，輻射發射測試布置按照圖1進行，測試電機安裝在暗室內測功機臺架上，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為1500mm；電機控制器與電機之間的三相線的長度應不超過1000mm。所有線束除非物理上不可行都應放置在絕緣支撐上。這些部分在標準中都有較為詳細的描述，但是一些細節上標準中并未有涉及，比如說需要如何制作測試電機與測功機連接的工裝、對此工裝在材質與結構上有何要求、電機加載EMC測試需要在什么樣的工況下進行測試，這些細節在標準中都是沒有規定，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 電機加載輻射發射測試布置圖（以桿天線為例）
 

02、測試方法與數據分析

在標準中有提到電機機械軸承與測功機傳動軸連接的工裝設計處理方案,可能會使電機傳動軸成為噪聲的泄露途徑。所以我們根據這一點，來研究對不同測試工裝設計方案是否會對測試結果有影響。因為我們使用的暗室內測功機臺架設計方式是測功機傳動連接軸與電機L型安裝支架是導通的，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型安裝支架導通，也就是說電機的機械軸與電機的外殼導通。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射測試結果。以峰值檢波器為例，藍色線為金屬軸測試數據，綠色線為絕緣測試數據。

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的測試數據曲線上可以看出，兩種工裝設計方案所測得的數據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帶載工況，首先從電驅系統工作的原理上來分析，在電驅系統工作時，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的寄生電容產生干擾電流。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

第一種是環電流，由上述開關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生高頻容性漏電流，這類漏電流將導致電機軸周圍定子繞組的磁通不平衡，從而感應出高頻軸電壓Vshaft。當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，通過軸承，然后沿著框架到另一個軸承，然后回到軸上。同時該循環電流總是伴隨著靜電放電電流，所以這也是影響輻射發射測試結果的因素之一。而這種電流環路信號在兩種工裝方案中都會存在。

第二種是轉子軸電流，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”所引起的環流回流途徑電機軸承上→電機軸→工裝金屬軸→到接地系統，再到電機控制器。從輻射發射測試的本質來說，這個“漏電流”大小是變化的，該電流所在的環路可以等效成一個天線，對外產生輻射。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。根據以上情況，通過使用軸電流探頭，發現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。

導論

以上結果分析表明，電機加載EMC測試工裝的設計影響著輻射發射測試結果，本文主要講述了使用絕緣軸與金屬軸的結果差異，除此之外還有絕緣軸絕緣層厚度、若使用軸承連接，使用軸承的數量等方面同樣也會影響到測試結果。上電科作為專業科研檢測機構，有著專業的技術團隊以及專門的新能源產品試驗室，正在更進一步的研究新能源汽車高壓部件的測試。

作者簡介

盛忠一

上海電器設備檢測所汽車事業部EMC試驗室副部長，主要負責新能源汽車零部件EMC試驗室建設與運行，致力于汽車電池包、加載電機、車載OBC的EMC測試方法研究。