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电驱动系统 EMCEMI 测功机系统

随着电驱动系统特别是新能源汽车的快速发展,电磁兼容问题越来越受到人们的关注。新能源汽车电驱动系统具有高电压、大电流、结构复杂、耦合路径多样化等特点,是主要干扰源。
模拟实际负载条件下的电传动EMC/EMI测试系统由电波暗室、测功机系统、电池模拟器、功率放大器及其屏蔽室、控制室及其屏蔽室、冷却系统、屏蔽轴系统组成。根据CISPR25、GB/T18655、GB/T36282、GB/T18387等标准要求,可满足电池组、电机、控制器、动力总成等的传导发射、辐射发射及辐射抗扰度、大电流注入等测试。
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随着电驱动系统特别是新能源汽车的快速发展,电磁兼容问题越来越受到人们的关注。新能源汽车电驱动系统具有高电压、大电流、结构复杂、耦合路径多样化等特点,是主要干扰源。


模拟实际负载条件下的电传动EMC/EMI测试系统由电波暗室、测功机系统、电池模拟器、功率放大器及其屏蔽室、控制室及其屏蔽室、冷却系统、屏蔽轴系统组成。根据CISPR25、GB/T18655、GB/T36282、GB/T18387等标准要求,可满足电池组、电机、控制器、动力总成等的传导发射、辐射发射及辐射抗扰度、大电流注入等测试。


1.直驱测功机系统

直驱测功机系统可以对高速电机和控制器进行EMC/EMI测试。高速电机安装在L型工装或T型槽平台的端面上,控制器放置在试验台上。还可以测试电机和控制器一体化的产品。根据待测电机的实际参数,可选择相应的测功机。推荐测功机参数如下:

测功机参数还可根据用户实际需求定制。


直驱测功机系统轴系简单,被测电机安装工装反射面较小,对测量不确定度影响较小。测试电驱动总成时,可锁定差速器,并将一侧轴连接至测功机轴系。





2、电驱动及动力总成通用测功机系统

电驱动和动力总成通用测功机可以兼顾高速电机、低速大扭矩动力总成和低速大扭矩电机的EMC/EMI测试。采用中速高扭矩测功机连接双输出轴变速箱。变速箱的高速轴可以通过齿轮传动提高到更高的转速,低速轴可以直接由测功机输出。


电驱动及动力总成通用EMC测试系统负载测功机参数:

测功机参数还可根据用户实际需求定制。

这种配置可以同时兼顾高速、低扭矩和低速、高扭矩的电驱动系统测试。但由于增加了高速齿轮箱,导致待测电机安装面面积增大,反射面面积增大,对测量不确定度产生一定影响。我公司提供的产品有以下设计:


1、高速齿轮箱油气吸收装置,防止油气挥发进入电波暗室。

2、测功机为中速高扭矩测功机,大大降低了齿轮箱的传动比,减小了中心距,减小了齿轮箱的横截面积,减少了对测量不确定度的影响。

3、齿轮箱润滑系统设计有断电后继续供油功能,可保持至少5分钟的持续供油能力,防止齿轮箱因断油而损坏。

4、齿轮箱润滑系统设计有恒温装置,可以保持齿轮箱进油温度恒定,减少润滑油粘度对传动效率的影响,消除传动效率波动引起的扭矩测量误差。


3、二轴加载测功机系统

双轴负载测功机系统可以最大程度地模拟实车动力总成的安装状态。差速器未锁定或焊接。动力总成两侧的输出轴可以更换为车载半轴。轮距可与实车进行比较。相同。该系统还可满足最高转速12000rpm、额定扭矩1000N.m的乘用车电机EMC测试。


测功机参数还可根据用户实际需求定制。



该系统可以将待测动力总成两侧的半轴设计为与地面绝缘,模拟车辆轮胎的状态。

低速轴侧轴系系统可拆除以进行高速电机测试。


对于暗室空间有限的两轴测功机,也可以使用直角传动箱。



4、移动式电驱动测功机系统

移动动力总成加载测功机系统采用模块化结构。每个单元本体都是一个可移动的结构。需要测试时,只需将测功机的各个单元体推入电波暗室中相应的位置即可。并快速对接并锁定,即可开始测试。装载测功机系统的移动动力总成的逆变器、冷却系统、电池模拟器均放置在暗室外部,通过滤波器与暗室中的接线盒连接,与测功机通过快速接头连接。移动动力总成加载测功机与动力总成采用半轴连接,轴距接近真实轮距,且可调节,调节范围可定制,最大程度模拟实车安装状态。测功机参数:

测功机参数还可根据用户实际需求定制。



1. 系统架构

电力传动EMC/EMI测试系统一般由电波电波暗室、测功机系统和测量仪器组成。我们一般提供电波暗室和测功机系统。电波暗室可以是标准的CISPR25电波暗室。测功机系统需要根据被测产品的参数确定。测功机系统一般包括:模拟负载的电力测功机、穿墙屏蔽轴系统、安装支架、变频器、电池模拟器、冷却系统、传感器测量系统、数据采集系统、监控软件等。


2、主要技术指标

2.1 屏蔽效能-(SE)

电驱动EMC负载CISPR25暗室、控制室、功放室的屏蔽效能按照标准EN50147-1或最新GB/T12190标准(频率范围10KHz~18GHz)执行。具体测试频率根据第三方检测机构的测试频率确定,并满足以下指标:

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所有相关附件(包括墙轴)安装完成后,电驱动EMC测功机工作(可提供小型无辐射负载),监控系统、灯具、天线塔工作、滤波器通电,屏蔽效能水平比CISPR25规定的5级限值(PK&QP&AV)至少低10dB。


2.2 测量控制精度

1)扭矩测量精度:±0.05%FS

2)速度传感器脉冲分辨率:1024/600pprppr

3)扭矩控制精度:±1%

4)调速精度:±0.01%FS

5)测功机最大振动速度值(RSM):≤2mm/s(独立)、≤3.5mm/s(加载)

6)中间轴承座温升:≤35℃

7)中间轴承座最大振动速度值(RSM):≤2mm/s(独立)、≤3.5mm/s(加载)

8)数据采集系统采样率:1kHz

9) 用户数据采集系统通道:可选

10)温度测量范围:-50℃~200℃

11)振动传感器测量范围(RSM):0~20mm/s

2.3 长线法-(LWM)

根据CISPR25最新版本,在150kHz~1GHz频率范围内采用建模长线天线法(LWM),90%以上的实际测试点与模型理论值的误差不大于±6dB。测试区域为电机侧和非电机侧。测试邀请权威第三方计量机构进行测试并提供报告。

2.4 背景噪声-(ABN)

当DUT、监控系统、灯具、滤波器不通电时,在9KHz~6GHz范围内,测试背景噪声水平应至少低于CISPR25最新版本规定的5级限值(PK&QP&AV)水平10dB,比GJB151B RE102限值至少低6dB。本次测试邀请国家认可的第三方计量机构进行测试并提供报告。

2.5 空气质量

无线电电波暗室建设完成后,邀请具有CNAS、CMA资质的检验机构“HuaTest”对暗室进行空气质量检测,并出具暗室空气质量检测报告(至少包含甲醛、苯、甲苯、二甲苯和TVOC)报告,检测结果符合GB50325-2010《室内环境污染控制规定》和GB/T的限值要求18883-2002“室内空气质量标准”。

2.6 接地电阻

电波暗室、屏蔽室接地均采用单点接地,接地电阻由我公司设计施工。接地装置工艺采用物理降阻剂,但不采用化学降阻剂。接地装置的设计是可维护的。暗室、屏蔽室接地电阻小于1Ω。


三、实施标准

1. CISPR16-1-4《无线电干扰和抗扰度测试设备和方法规范第1-4部分:无线电干扰和抗扰度测试设备辅助设备辐射干扰》

2. CNAS-CL01-A008《检测和校准实验室能力准则在电磁兼容检测领域的应用说明》

3、EN50147《高性能屏蔽室屏蔽效能测量方法》

4、GB/T 12190《电磁屏蔽室屏蔽效能测量方法》

5. ISO 4589-2“塑料-通过氧指数测定燃烧行为第2部分:环境温度测试”

6、GB/T2406塑料燃烧性能试验方法氧指数法

7、GB 8624建筑材料及制品燃烧性能分级;

8. ISO 11452-1/-2/道路车辆-电子/电气元件抗窄带辐射电磁能的试验方法-无线电电波暗室法;

9. CISPR 25《用于保护车载接收机的车辆、船舶和内燃机无线电骚扰特性的限值和测量方法》

10. MIL-STD-461G 子系统和设备电磁干扰特性控制要求

11、GJB 151B《军用装备及子系统电磁发射和灵敏度要求与测量》

12、GBT 36282-2018《电动汽车驱动电机系统电磁兼容要求及测试方法》

13、GB 50325-2010《土木建筑工程室内环境污染控制规范》

14、GB/T18883-2002《室内空气质量》


4、关键技术说明

电机及驱动器EMC测试系统的关键技术包括:高速穿墙屏蔽轴系、完整的电气隔离系统、暗室无辐射传感器监控系统、低噪声电池模拟器等系统、实时监控系统等部分。


4.1 高速穿墙屏蔽轴系

CISPR25 定义的测试布局


CISPR25标准明确要求控制器EUT与吸波材料中心的距离不小于1m。对于三合一电动驱动组件,控制器内侧(靠近暗室一侧)与吸波材料顶部的距离不小于1m,电机驱动组件安装端与吸波材料顶部的距离不小于1m。为了满足这一要求,轴系的长度较长,同时需要满足高速时振动较小的要求。目前国外的解决方案是采用碳纤维轴或玻璃纤维轴,测试条件要求轴的长度必须大于1.6米(国际标准规定被测电机端面与电波暗室吸波材料顶部的距离不小于1m,考虑到吸波材料的厚度、铁氧体厚度、屏蔽层厚度,同时还要考虑安装时的误差)。虽然这两种非金属轴都是不导电、无磁性的优良材料,但由于新能源汽车的电驱动系统已进入高速高扭矩阶段,玻璃纤维或碳纤维轴的绝对弹性模量不适合高速高扭矩测试。场景。


我公司设计的高速穿墙屏蔽井具有以下特点:

1、采用高精度、低惯量刚性轴,同时兼顾高转速、大扭矩的特点。

2、转轴作为消声室的一部分,具有良好的导电性,从根本上屏蔽外界电磁辐射,达到良好的屏蔽效果,降低暗室背景噪声。

3、通过可拆卸的屏蔽罩,可对测试电机进行完全屏蔽,可独立测试驱动桥的电磁兼容特性。



为了同时满足高速、大扭矩和屏蔽要求,系统采用高精度长轴系统。

1、全速范围内振动速度小于3.5mm/s。

2、轴系采用多点支撑结构,便于暗室中底座对中,同轴度优于0.02mm。

3、轴系采用全动平衡结构,动平衡精度达到G1级。

4、轴系一阶临界转速高于系统最高转速。


4.2 完全电气隔离系统

为了防止电磁波和电荷从电波室外传导到电波暗室,除了特殊的电磁屏蔽方法外,测功机必须完全电气隔离。电驱动电机或动力总成需要满足单点接地要求。

1、测功机与屏蔽轴采用高速绝缘联轴器。

2、测功机与底座完全电气隔离。

3、高速屏蔽轴与被试电驱动电机轴采用高速绝缘联轴器。

4、电波暗室中的安装底座与电波暗室完全电气隔离。

5、电波暗室设计有可拆卸的完整屏蔽罩,可以完全屏蔽电机并单独测试控制器的EUT。


4.3 暗室无辐射传感器监测系统

电波暗室中被测的电驱动系统和轴系统均设计有振动和温度监测传感器。传感器需要通过高速数据采集系统进行采集,并传输至监控软件进行信号分析和处理。数据采集​​系统放置在电波暗室中。由于其自身的辐射,电波暗室的背景噪声会受到影响,需要进行低噪声处理。

我公司对电波暗室的数据采集系统做了以下设计:

1、数据采集系统电源经过24V滤波器滤波,消除进入电波暗室的电源干扰。

2.数据采集系统的信号传输设计。实时以太网光纤转换器,通过安装在电波暗室壁上的光纤和光纤波导,将信号传输到电波暗室,然后通过逆变器将其转换为数字信号,进入上位机中。

3、数据采集系统安装在屏蔽箱内。屏蔽箱内设计有通风波导,保证散热的同时保证箱内的电磁波不会传输到暗室。

4、传感器电缆采用专用屏蔽电缆,将传感器与屏蔽盒连接为一体。


4.4 低噪声电池模拟器

电池模拟器为被测电机控制器供电,可以模拟电池,也可以进行电池组充放电测试。

1、输出电压:

  • 最大输出电压(Unom):1200V

  • 输出电压范围:20V~Unom可调,设定分辨率:0.1V

  • 重复性:≤0.1% Unom

  • 电压上升时间(10%至90% Unom):<5ms(阻性负载)

  • 负载变化(10%~90%)控制时间:≤1ms(阻性负载)

  • 残余纹波:≤0.2%Unom有效值(频率DC-1MHz)

2、输出电流:

  • 最大输出电流(Inom):800A

  • 输出电流范围:0~Inom可调,设定分辨率:0.1A

  • 重复性:≤0.1% Inom

  • 电流上升时间(10% 至 90% Inom):<1ms(阻性负载)

  • 负载变化(10%~90%)控制时间:≤1ms(阻性负载)

  • 温度系数:≤0.01% Inom/K

  • 残余纹波:≤0.2% Inom有效值(频率DC-1MHz)

3、输出功率:±350kW

4、输出效率:>90%

5、输出精度:0.1%

6、内阻:

  • 设定范围:0~5W(调节分辨率0.1mW)

  • 电池模式:通过调节内阻

电池模拟器的参数可以根据实际需要定制。


4.5 实时监控系统

监控系统采用嵌入式实时控制器控制,实时以太网通讯,所有进入控制室的通讯电缆均通过光纤传输。

1、实时监测测功机前后轴承及温度,实时监测测功机电流、电压,实时监测测功机转速、扭矩。

2.屏蔽长轴振动的实时监测。

3、实时监测被测电机的振动情况。

4、电控系统具有短路、漏电、断电、过流、过压等保护功能。

5、系统软件具有安全检测功能。当监测值超过阈值时,立即报警。该系统具有三级保护。

6、暗室采用无电磁辐射光电隔离数据采集系统,实时采集振动传感器、温度传感器信号,通过光纤传输至控制室进行实时监控。

7、暗室试验台附近、控制室、测功机附近等处设计急停按钮。




4.7 特殊接口

  1. 水/油波导的设计频率范围为9kHz~18GHz,达到与暗室相同的屏蔽效能。

位图5


2、气路波导考虑氢气压力(5MPa),整个气路波导一体成型而不是焊接,避免了可能的漏气点,满足防爆要求。气体波导的设计频率范围为9kHz~18GHz,达到与暗室相同的屏蔽效能。




3、为了保证滤波器与LISN之间的供电线路屏蔽良好,暗室提供了高压连接器,包括暗室高架地板下,从CP板高压连接器到LISN端均采用高压屏蔽电缆。


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