電驅系統的電磁兼容技術分析

【摘" 要】隨著現代工業的不斷發展，車載電子產品的日益普及致使車輛的電磁兼容問題變得愈發復雜。電機驅動系統作為車輛內部關鍵的干擾源，對整車的電磁兼容性能產生著重大影響。鑒于此，開展電機電磁兼容性的研究兼具重要的理論和實際應用價值。文章運用等效線束法對電機繞組模型予以簡化。為驗證該簡化模型的有效性，將其計算結果與電機實際運行時所采集的實測數據進行對比。經實踐證明，此簡化模型能精準地反映電機的真實電磁輻射情況，這為研發和整改工作提供了極大的便利，有助于大幅縮短研發周期。同時，深入研究屏蔽措施對電機電磁騷擾的改善效果，結果表明，屏蔽能夠有效地解決電機的電磁兼容問題。另外，還對線束接頭接觸不良現象對電磁兼容性能的影響進行探討，并驗證準確性，為深入理解和解決車輛電機的電磁兼容問題提供更全面的視角。

【關鍵詞】電磁兼容；電機；線束；等效線束法；電機機殼漏磁；屏蔽效能

中圖分類號：U463.6" " 文獻標識碼：A" " 文章編號：1003-8639（2025）03-0082-04

Electromagnetic Compatibility Technology Analysis of Electric Drive System

【Abstract】With the continuous development of modern industry，the increasing popularity of on-board electronic products makes the electromagnetic compatibility of vehicles more and more complicated. As the key interference source inside the vehicle，the motor drive system has a great impact on the electromagnetic compatibility performance of the vehicle. In view of this，the research on electromagnetic compatibility of motor has important theoretical and practical application value. In this paper，the equivalent wire harness method is used to simplify the motor winding model. In order to verify the validity of the simplified model，the calculated results are compared with the measured data collected during the actual operation of the motor. Practice has proved that this simplified model can accurately reflect the real electromagnetic radiation of the motor，which provides great convenience for research and development and rectification work，and helps to greatly shorten the research and development cycle. At the same time，the improvement effect of shielding measures on electromagnetic disturbance of motor is deeply studied. The results show that shielding can effectively solve the electromagnetic compatibility problem of motor. In addition，the influence of the bad contact phenomenon on the electromagnetic compatibility performance of the wire harness is also discussed，and the accuracy is verified，which provides a more comprehensive perspective for understanding and solving the electromagnetic compatibility problems of the vehicle motor.

【Key words】electromagnetic compatibility；electric machine；wiring harness；equivalent harness method；magnetic leakage of motor housing；shielding efficiency

0" 引言

隨著工業化進程的發展，電機驅動系統在各類機械中的作用日益突出。為了滿足更高的性能標準，電機驅動系統不斷優化和升級。但由于系統的復雜性和電磁環境的變化，電磁干擾問題愈發嚴重，已影響到其他設備的正常運行，因此對電機驅動系統電磁兼容性的研究變得至關重要。

龍海清[1]和于曉丹[2]等人建立了電機等效模型；黃青云[3]等人通過仿真軟件探究電機內外磁場的分布并進行了試驗驗證；A.Rosales[4]等人研究逆變開關導致的共模電流對輻射干擾的影響；倪有源[5]等人對電機的低頻輻射進行了仿真研究，但未涉及高頻磁場部分；汪泉弟[6]等人對雨刮電機產生的高頻電磁場發射進行了計算與試驗結果的比較；李曉杰[7]等人對車內驅動電機的電場進行了研究；I.Oganezova[8]等人通過動態網絡系統預測輻射干擾?？傮w而言，現有的研究主要集中于仿真分析方面，尚需進一步結合試驗與仿真深入探究電磁兼容相關問題。

在處理電機電磁兼容問題時，中國大多數企業主要采用研發后期的測試和整改方案。然而，該方案通常需要多次試驗失敗和反復調整設計，造成大量人力、物力的浪費。因此，深入開展電機電磁兼容問題的研究顯得尤為重要。本文將結合仿真和試驗方法，旨在縮短研發周期，同時探討電機電磁干擾的抑制技術，這對于企業節約成本、提升效率具有重要意義。

1" 等效線束法

在電機的設計過程中，大部分現有方案僅僅關注線圈繞組在低頻狀態下的電感特性。然而，對于線圈繞組在高頻狀態下的特性變化，目前的研究相對較少。本文旨在通過試驗的方式對線圈繞組的特性進行測試，目的是確保在仿真中所使用的等效阻抗特性能夠與實際線圈繞組的真實特性保持一致。

首先，采用等效線束法，簡化多股導線，將等效前后的分布參數進行轉換，得到導線等效后的分布參數與幾何參數，將電機中并聯繞組簡化為單根導體，如圖1所示，通過仿真和試驗進行比較，驗證簡化的準確性。在采用等效線束法前對線束進行相應的分組，hj代表等效后導線相當于理想地平面的距離，rj為等效后的導線的截面半徑。

多根導線的共模特性阻抗表達式為：

式中：r——電導；l——電感；g——電導；c——電容；n——導線數量。

將多根導線簡化為單根導線，假設導線均為均勻無損傳輸，其共模特性阻抗表達式可表示為：

根據共模特性阻抗和負載阻抗特性，可將傳輸特性相近的導線歸為一類。在此基礎上，能夠進一步計算等效后的分布參數和幾何參數。

本文采用等效線束法對電機模型進行簡化。為了驗證簡化效果，將試驗過程中采集到的電流信號作為仿真輸入，對電機的電磁騷擾展開深入研究。線束簡化前后的仿真結果如圖2所示。對比線束簡化前后的電場發射值，發現二者相差不大。這一結果證明，本文所采用的等效線束法切實可行，為后續電機仿真結果的可靠性提供了有效依據。

2" 電機模型建立

根據實際的電機參數，經過適當簡化，完成了對永磁同步電機的模型建立。隨后，將電機模型導入CST微波工作室中進行仿真，如圖3所示。

在本文的研究中，采用了瞬態場路協同仿真法開展電路仿真工作，并且在CST工作室中成功搭建了該仿真模型，模型狀態如圖4所示。在仿真進程里，直接把試驗中采集到的電流信號作為激勵信號輸入到模型中，進而獲取相應的仿真結果。

3" 電機試驗驗證

在建立好電機仿真模型之后，為了確保模型的準確性，需要構建試驗裝置對仿真結果進行對比驗證。本文借助上海機動車檢測認證技術研究中心有限公司的E-Motor半電波暗室，對電機展開測試。電機輻射測試臺架如圖5所示。

當電機處于正常運行狀態時，通過測功機向電機施加扭矩，同時由上位機對電機轉速實施控制，以此盡可能逼真地模擬電機在實際車輛中的工作狀態。隨后，運用騷擾天線對電機的電場發射情況進行測試，具體測試結果對比如圖6所示。從圖6中可以明顯看出，仿真結果與試驗結果近乎一致，誤差極小。這一結果驗證了本文所構建的模型具備高效模擬電機真實運行狀態的能力，能為后續相關研究與應用提供參考。

4" 電磁輻射的抑制方法

在驅動系統中，電機作為核心部件，其產生的電磁干擾是驅動系統電磁兼容性問題中不可忽視的重要因素。在實際工程應用場景里，抑制電機電磁干擾主要有3種策略，即從源頭抑制干擾產生、阻斷干擾傳播路徑以及保護易受干擾的設備。由于電機在運行過程中產生的電磁干擾難以徹底消除，所以，必須采取切實有效的措施來抑制電磁干擾，以保障驅動系統的電磁兼容性，確保整個系統能夠穩定、可靠地運行。

電機機殼的屏蔽效能SE計算公式為：

式中：E0——無屏蔽時的場強；E1——有屏蔽時的場強。

電機機殼的屏蔽效能在很大程度上受制于孔縫因素。具體而言，當圓孔半徑增大時，其屏蔽效能會隨之降低。鑒于電機機殼上不可避免地存在孔隙，在本研究中，著重關注孔隙對驅動電機機殼屏蔽效能產生的作用。為實現對低頻磁場的屏蔽，采用高導電材料與高導磁材料相結合的方式。這種材料組合旨在優化電機機殼的屏蔽性能，尤其是針對低頻磁場環境。圖7展示了電機機殼改進前后的仿真對比結果。通過對電機縫隙修改前后的電磁騷擾情況進行對比分析，可以明顯看出，改進機殼這一舉措不僅操作簡便，而且成本增量有限，卻能夠切實有效地抑制電磁輻射，進而提升電機的整體電磁兼容性。

5" 線束不同接頭對電磁兼容測試的影響

在試驗進程中，由于測試對線束長度的要求各異，不可避免地需要對線束進行剪短或焊接操作。在本文的研究中，針對電驅系統不同線束連接方式對電磁兼容性的影響展開探究。圖8呈現了在同等條件下，線束采用搭接方式與正常線束在電磁兼容性方面的差異情況。研究結果表明，仿真能夠較為準確地模擬真實試驗的結果。其中，搭接不良的線束會對測試結果產生較為顯著的影響，這一發現對于優化電驅系統的電磁兼容性設計具有重要的參考意義。

6" 結論

電機的電磁兼容問題是重要且復雜的任務，本文通過試驗和仿真，有效提高了研發和整改的效率，縮短了研發周期。對整車企業降低成本、增加效率具有重要的意義。研究中，采用等效線束法簡化電驅電機繞組，將其等效為一組線束，降低了模型復雜度，提高了仿真效率并減小誤差。經試驗室電流信號驗證，證實了簡化方案的可行性。利用測功機獲取電機實際運行數據，對比仿真與試驗結果，驗證了模型準確性，為電機設計和問題定位提供便利?；谄帘卫碚?，定位電機機殼漏磁嚴重位置，分析屏蔽效能，修改模型后驗證了改進方法的可行性。此外，研究線束連接方式對電磁兼容的影響，發現仿真能較好模擬真實試驗，搭接不良的線束對測試結果影響較大，為未來電機設計與整改提供參考。

參考文獻

[1] 龍海清.電動汽車PWM驅動電機系統EMC研究[D].重慶：重慶大學，2014.

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[4] A. Rosales，A. Sarikhani，O. A. Mohammed. Evaluation of Radiated Electromagnetic Field Interference Due to Frequency Swithcing in PWM Motor Drives by 3D Finite Elements[J].IEEE Transactions on Magnetics，2011，47（5）：1474-1477.

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