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电驱系统高低压耦合电磁干扰建模与优化

电驱系统高低压耦合电磁干扰建模与优化

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作者：龙科宇重庆理工大学

学位级别：硕士

电动汽车电驱系统中有大量高频的开关器件,在开关过程中会产生较大的电磁干扰,这些电磁干扰会在不同子系统之间相互耦合。其中高压系统的电压和电流变化率高,向外发射电磁干扰的能力强,是电驱系统主要的电磁干扰源;与此同时,低压控制系... 详细信息

电动汽车电驱系统中有大量高频的开关器件,在开关过程中会产生较大的电磁干扰,这些电磁干扰会在不同子系统之间相互耦合。其中高压系统的电压和电流变化率高,向外发射电磁干扰的能力强,是电驱系统主要的电磁干扰源;与此同时,低压控制系统既是干扰源,也是敏感设备,过大的电磁干扰可能导致电机控制失效等后果。但高低压耦合导致的低压控制系统电磁干扰超标往往难以被迅速定位并解决,因此在产品设计初期对电驱系统高低压耦合的电磁干扰进行预测,并针对其干扰位置和方式进行优化设计具有较大价值。但目前对于电驱系统高低压耦合电磁干扰的研究还存在较大不足。一方面对电驱系统电磁干扰的仿真研究主要针对高压系统,所建立的模型难以描述其对其他子系统的影响。另一方面对电驱系统子系统之间的电磁耦合研究还存在较大空白,未能系统地阐述其耦合机理以及优化方法。针对上述问题,以某电驱系统总成为研究对象,深入探究了高低压系统之间的电磁耦合机理,建立了高低压耦合电磁干扰仿真模型,并提出了减小电磁干扰耦合的优化方法,主要研究内容如下:(1)基于阻抗拟合和有限元仿真方法建立了低压控制系统传导干扰仿真模型,并验证了空载工况下仿真模型的准确性。根据开关器件的泊松方程,建立了低压干扰源的行为模型。根据阻抗测试结果和有限元仿真结果建立了各无源器件的等效电路模型。在MATLAB/Simulink平台搭建了低压控制系统传导干扰仿真模型,并针对空载工况对低压控制系统进行了传导干扰测试,验证了该模型准确性。(2)基于解析法和有限元仿真方法建立了高压系统传导干扰仿真模型,并验证了带载工况下仿真模型的准确性。使用有限元仿真的方法建立了包括干扰源和其他电气部件的等效电路模型。根据电机共模和差模的阻抗测试结果,使用解析法建立了驱动电机的等效阻抗模型。在MATLAB/Simulink平台搭建了高压系统传导干扰仿真模型,并针对带载工况对高压系统进行了传导干扰测试,验证了模型的准确性。(3)基于电磁耦合理论建立了高低压耦合传导干扰模型,确定了高低压系统之间的电磁耦合方式。分别阐述了传导耦合中的电容耦合和电感耦合理论,并据此分析了实际的电驱系统耦合路径。将高压系统作为干扰源,低压控制系统作为敏感设备建立了电驱高低压控制系统耦合模型,并针对系统之间的耦合进行了传导干扰测试,验证了耦合方式的正确性。(4)基于高低压耦合的位置和方式,提出了两种优化方法,并仿真验证了其效果。针对低压控制系统对外的电磁干扰,提出了在低压控制系统源端加入无源滤波器的优化方法,并进行了插入阻抗和传导干扰实验,对比了优化前后的传导干扰。针对高压系统向低压耦合的电磁干扰,提出了使用低压屏蔽线的优化方法,并对此进行了仿真,对比了优化前后的传导干扰。通过分析、测试和仿真,得到了电驱系统高低压耦合仿真模型,证明了在9k Hz～30MHz频段内高低压系统电磁干扰耦合的主要方式为线束耦合。基于此结论提出了两种优化电驱系统高低压耦合电磁干扰的方法,并通过仿真和测试证明了优化方法的可靠性,可为不同子系统之间的电磁干扰耦合建模提供参考。

关键词：汽车电驱系统低压控制系统电磁干扰耦合干扰特性优化

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