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汽车雨刮电机电磁干扰特性测试与分析

   日期:2013-03-23     来源:工控之家网    作者:工控之家    浏览:111    评论:0    

  0引言:

  随着电气化,自动化程度的不断提高,电机在各个领域的广泛应用。虽然电机本身的特性得到了很大的提高,但是电机与驱动系统的电磁兼容问题却日趋严重。以汽车为例,一辆汽车上装有大量的电子设备,电磁兼容问题也很复杂。其中最强的干扰源是点火系统,其在工作过程中,会对周围的空间形成强烈的辐射干扰,对车上其它电子设备的正常工作有很大的影响。除此之外,雨刮电机也是一个主要干扰源。

  如何解决汽车各电子模块间及系统间的电磁兼容问题,提高汽车的可靠性和安全性,保证在对正常行驶的汽车进行某操作时不干扰周围设备的正常工作,已成为一个非常重要和迫切的研究课题。

  1雨刮电机电磁干扰特性测试方法

  1.1一般测试设备组成

  一般的测试设备由电源、测量接收机、接地平板、人工电源网络(LineImpedanceStabilizationNetworkLISN)

(1)测量接收机。由于测量的对象是微弱的连续信号,也是幅值比较大的脉冲信号,这就要求测量接收机本身的噪声小,灵敏度高,检波器的动态变化范围比较大,输入阻抗低 ,前级电路的过载能力强。检波器具有多种检波功能以适应不同需求(有峰值、准峰值、平均值和有效值检波)。要求接收机在整个测量频段内的精度能达到±2dB之内。

  (2)电源。12V电源系统应为13.5±0.5V,24V系统应为27±1.0V。电源必须经过适当滤波,以使电源中的射频噪声比试验计划规定限值低6dB以上。

        (3)人工电源网络(LISN)。人工电源网络又称线路阻抗稳定网络,射频范围内,在受试设备参考地与端子之间,或端子与端子之间提供一个稳定的阻抗。同时,可以将来自电源的无用信号、噪声等与测试设备隔离开来,而仅将受试设备的干扰电压耦合到测量接收机输入端。主要用于测量被测设备(EquipmentUnderTestEUT)沿电源线向导线传导的连续干扰电压。人工电源网络应具有一个标称为5μH的电感,其测量端口阻抗应为

  (4)接地平板。测量传导发射时,接地平板可以提高精度,应采用至少0.5mm厚的铜板或镀锌钢板。

  1.2测试方法

根据GB18655-2002《用于保护车载接收机的无线电骚扰特性的限值和测量方法》国家标准的要求,利用5μH,端口阻抗为的人工电源网络,并结合实验室自主研发的EMCScan电磁干扰测量系统,完成汽车雨刮电机传导干扰测试实验。

  对所有电源线的进行电压测量时,应以被测设备的壳体,或是尽可能接近被测设备的底线为参考基准。实验线束要放在接地平板上方50mm高度处。通常情况下,如果被测设备为回线远端接地,进行电压测量时,应使每根导线(包括回线和入线)以接地平板电压为基准。本次测试为回线近端接地,对被测设备近端接地(电源回线低于200mm时)电压测量时,实验设备和被测设备应按图1所示布置与连接:

  图1一般传导发射实验布置连接图(电源回线近端接地的被测设备)

  l电源;2人工电源网络;3EUT;4测试线束;5接地平板;6绝缘层(50mm厚);

  2测试与结果分析

  2.1测试前分析

  雨刮电机是直流电动机,直流电机电刷产生的电磁干扰既有共模干扰,又有异模干扰。抑制直流电机电磁干扰的手段主要有加电容、电感和接地等抑制措施。对于共模干扰,电容器应接在雨刮电机的每根引线和地之间;但对于异模干扰,电容器应跨接在电源引线之间。一般来说对于由炭刷产生的干扰,通常都是异模的,是由炭刷与换向器触点断开时产生的。

  低通滤波电路的作用是通低频,阻高频。对于频率较高的电磁干扰信号产生较大衰减,实现干扰的抑制,削弱了传导干扰的输出。图2是一种比较常用的低通滤波器电路。其中,电容C1、C2、C4、C5和共模电感Lc通常用于对共模干扰的抑制;而C3和C6一般用于异模干扰的抑制。电容C1、C2、C4和C5的典型值在1000~4700pF之间;C3和C6的典型值在0.1~47μF内;共模电感Lc典型值范围为0.01~3mH。根据上文的分析可知,雨刮电机产生的电磁干扰的主要部分为传导干扰,而电机产生的传导干扰都是差模干扰,抑制雨刮电机电磁干扰时,只需要采用图2低通滤波电路中的某些部分,就可以达到抑制电磁干扰的目的,因此本测试采用L型低通滤波器(即一个电感和一个电容组成)。

  图2常用于电机电源输入端的低通滤波器

  对于L型低通滤波器,其谐振频率为:

  图3实验设备连接图

  2.2测试结果分析

  通过分析,本文采用以L型(一个电感和一个电容)低通滤波器来抑制电磁干扰的方法。实验时,以电容+电感的方式进行测试,先确定电容大小,在确定电感值。

  首先,在没有滤波器的时候进行测试,其测试结果如图4所示。

  图4没有滤波器的测试结果

  由图4可知,没有加滤波器的测试发现雨刮电机传导干扰主要存在1MHz以内,在150kHz~400kHz频率段的干扰比较大。

  接下来,先选定电感,确定电容的最佳值,在最佳电容值的基础上,通过改变电感的大小,选定最佳的测试电感值。

  通过在雨刮电机电源的输入端并接滤波电容,进行传导干扰测试。选取电容的大小依次为3.3μF、10μF、39μF。分别如图5、图6和图7所示。

  图7电容为39μF的测试结果

  通过测试结果可以看到,当电容为10μF时,抑制干扰的效果最好,可以达到10dB左右。

  最后选定10μF电容,不改变电容,只改变电感,电感依次选用82μH、220μH、302μH。结果分别如图8、图9和图10所示。

  图8电容为10μF,电感为82μH测试结果

  图10电容为10μF,电感为302μH的测试结果

  通过测试可以看到,当加电感后抑制效果有明显的提高,当电容为10μF,电感在220μH时,对电磁干扰的抑制效果最优。

  3实验结论

  根据上述实验结果及分析,确定L型滤波器电感值选用220uH,电容值选用10pF。在150kHz~500kHz频率段可以有效地抑制传导干扰,至少可以减少20dB,有些频率点可以减少达30dB。尽管在2MHz~20MHz频率段的干扰不是最小,但不影响其电磁兼容性。

 
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