纯电动汽车电机控制器传导性电磁干扰的抑制_宋保林

2013 年（ 第 35 卷） 第 11 期
汽 车 工 程 Automotive Engineering
2013 （ Vol． 35 ） No． 11
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纯电动汽车电机控制器传导性电磁干扰的抑制
1 2 陶银鹏 宋保林 ，
（ 1. 河南交通职业技术学院 ， 郑州 450005 ； 2. 郑州精益达汽车零部件有限公司， 郑州 450016 ）
结果如图 6 所示。 由 按照上述工况进行验证， 6 ， 图 可见 电机控制器的无功功率得到补偿， 降低了 。 无功功率引起的传导性电磁干扰 在空调压缩机单 独工作或者电机低速稳定工作时， 压缩机的电流和 功率都是稳定的且处于正常值。 当车辆急加速、 电 机系统转速急剧升高时， 空调压缩机的有功功率处 于稳定的正常值， 空调压缩机的无功功率也得到了 很好的抑制， 空调压缩机上的电流处于稳定的正常 值， 无过大冲击电流产生。 由于补偿了电机系统的 无功功率， 提高了电机系统的效率， 相应的动力电池 包的输出功率减少， 从而减少动力电池深度放电的 几率， 还可延长动力电池的使用寿命， 提高整车的续 航里程和使用寿命。
前言
由于纯电动汽车在环境保护和改善能源结构等 方面的优势， 使其成为各大车企开发新能源汽车的 主流方向之一。某车厂研发的一款全新结构的纯电 动汽车采用动力锂电池包作为能量源， 直流无刷电 机系统作为驱动器， 电动空调作为车载空调器。 该 款纯电动汽车电机控制器和电动空调采用共高压母 线的方式进行电能分配供给， 如图 1 所示。 电动空调压缩机的型号为 1500W /288VDC ， 工 作时的额定电流为 5A， 采用 10A /600VDC 熔断器。 在对该纯电动汽车进行台架测试和试验场路试时， 多次发生车载空调压缩机熔断器熔断故障； 将熔断 器型号更换为 30A /600VDC ， 远大于空调压缩机的
抑制传导性电磁干扰的主要措施是增大电机控 制器输入端滤波电容容量和在电机控制器直流输入 端并联容量大的电容。 考虑到电容容量大、 容抗小 的性质， 并联了 4 700 μF 的电容 C2 ， 连接方式如图 5 所示。
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2. 1
传导性电磁干扰的产生和抑制
传导性电磁干扰的产生
图5
并联电容后测量方式
传导性电磁干扰是指电磁能从一个电子设备 （ 或电路） 通过传导影响另一个电子设备 （ 或电路 ） 的过程。纹波电流是电流中的高次谐波成分， 会带 来电流或电压幅值的变化而出现传导性电磁干扰， 甚至导致器件击穿。如果母线上某个支路的纹波电 流成分过大， 超过了用电器件所容许的最大纹波电 流， 就会导致器件烧毁。 电机控制器和空调压缩机控制器采用共直流母 线的方式供电， 产生的纹波电流会在母线上流动， 纹 波电流优先流向容抗小的支路。容抗的计算公式为 X c = 1 / （ ωC ） = 1 / （ 2 πfC ） 式中：X c 为电容容抗； ω 为角频率； f 为频率； C 为电 容值。可见容抗和容量成反比， 和频率成反比。 电 容量大， 交流电容易通过电容， 电容的阻碍作用小； 交流电的频率高， 交流电也容易通过电容， 电容的阻 碍作用也小。 空调压 缩 机 控 制 器 端 滤 波 电 容 容 量 为 6 个 82 μF 的电容并联 ， 共计 492 μF / DC400V ， 电机控制 器端滤波 电 容 容 量 为 2 个 150 μF 的 电 容 并 联 ， 共 300 F / DC600V 。 ， 计 μ 可见 空调压缩机控制器滤波 电容大 ， 容抗小 ， 因而电机控制器在母线上产生的 传导性电磁干扰 纹波电流优先流入空调压缩机控 制器 ， 导致其熔断器频繁烧毁 。 为解决此问题 ， 须 增大电机控制器输入端的滤波电容 ， 可减少纹波电 流对共母线用电设备的电磁干扰 ， 且改善母线供电 性能 。 2. 2 抑制措施和验证分析
［ Abstract］ The motor controller in a battery electric vehicle generates too large reactive power and ripple current in operation ，producing conducted EMI and hence resulting in electric air conditioner burned down． Based on theoretical analysis and test，this paper adopts a scheme of increasing the capacitance of input filter capacitor in motor controller to compensate reactive power ，suppress the generation of ripple current ，and hence eliminate conducted EMI． The results of test verification indicate that the fault is successfully resolved． Keywords： BEV； motor controller； conducted EMI； ripple current
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1. 1
试验分析
直流无刷电机系统的工作原理
直流无刷电机系统是由电机本体、 转子位置传 感器和电子换相电路 3 大部分组成， 其中转子位置 传感器和电机本体构成电机， 电子换相等相关控制 电路构成电机控制器。 在直流无刷电机的运行过程中， 电机控制器根 据转子位置传感器的输出信号， 通过电子换相电路 去驱动和电枢绕组连接的功率开关器件， 使电枢绕 组依次馈电， 从而在定子上产生跳跃的旋转磁场， 驱 动永磁转子旋转。 随着转子的转动， 位置传感器不 ， 断发出信号 电子换相电路控制功率开关器件依次 通断， 以改变电枢绕组的通电状态， 使在某一磁极下 导体中的电流方向始终保持不变， 作用在电枢上的 电磁转矩和电机的旋转方向始终不变， 这就是直流 无刷电机的工作原理， 如图 2 所示。
图4 故障再现时空调压缩机的电压 、 电流和功率
为深入分析故障发生的原因， 进行了空调压缩 机熔断器故障再现试验， 通过采集发生故障时各相
在空调压缩机单独工作或电机低 由图 4 可见，
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程
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电动空调压缩机的电流和功率都是 速稳定运转时， 稳定的正常值。 当车辆急加速、 电机系统转速急剧 增加、 电机控制器大功率工作时， 虽然空调压缩机的 有功功率处于稳定的正常值， 但在空调压缩机控制 器上产生高达 32kV·A 的无功功率， 从而产生了高 达 150A 的冲击电流。 根据实际测试情况初步可以判断， 在进行该试 验时， 仅电机控制器和电动空调压缩机共直流母线 ， 根据测试工况可知， 电机控制器大功率工作时， 产生 了过高的无功功率， 并通过共用的直流母线传导至 空调压缩机控制器， 在空调压缩机控制器上产生冲 击电流， 导致空调压缩机熔断器频繁烧毁 。
关键词：纯电动汽车；电机控制器；传导性电磁干扰；纹波电流
The Suppression of Conducted EMI for the Motor Controller in a Battery Electric Vehicle
Song Baolin1 ＆ Tao Yinpeng2
1. Henan Vocational and Technical College of Communications，Zhengzhou 450005 ； 2. Zhengzhou Jingyida Auto Parts Co． ，Ltd． ，Zhengzhou 450016
［ 摘要］ 某纯电动汽车电机控制器在工作时产生过大的无功功率和纹波电流， 形成传导性电磁干扰， 进而导 致电动空调控制器烧毁 。本文在理论分析和试验测试的基础上， 采用增大电机控制器输入端滤波电容容量的方法， 补偿电机控制器产生的无功功率， 抑制纹波电流的产生， 消除传导性电磁干扰 。试验验证的结果表明， 故障得到圆 满解决。
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— —纹波电流所致。 针对此故障现象， 本文中将 扰— 从故障发生原因、 故障再现测试、 提出解决措施和措 施验证测试等方面来研究如何抑制纯电动汽车电机 控制器传导性电磁干扰。
关电气参数的变化来分析发生故障的根源 。 YOKOGAWA 功 率 分 析 仪 采 用 底 盘 测 功 机、 WT3000 和 LEM 霍尔传感器 LF1005 － S 来监测各 种工况下的母线电压变化及流过电机控制器和空 调压缩机的电流 ， 然后进行分析 。 测试方式如图 3 所示 。
图2
直流无刷电机工作原理框图
1. 2
纹波电流的产生
该纯电动汽车采用的驱动电源为动力锂电池 包， 无纹波干扰电流。故纹波电流来自电机控制器， 电机 控 制 器 采 用 PWM 控 制 方 式， 其频率可高达 10kHz， 电机控制器工作时产生输出频率下的纹波电 流和开关频率下的纹波电流均为幅值很大的纹波电 流， 这两种纹波电流是所有电机控制器自身无法消 除的， 只能利用滤波电容来吸收。 故在电机控制器 和空调压缩机的直流电源输入端都已装有吸收纹波 电流的滤波电容。 1. 3 故障再现试验和分析
图6
并联电容后空调压缩机的电压 、 电流和功率
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宋保林， 等：纯电动汽车电机控制器传导性电磁干扰的抑制
2010 （ 2 ） ：23 － 25． 世界，
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结论
针对某款纯电动汽车试验时发生的故障， 深入
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