1、混合动力车辆电缆 EMC 测量分析和选择原则1. 概述由于对石油储量的枯竭和温室效应的担忧，最近混合动力技术非常流行。许多公司正在努力开发自己的混合动力汽车，以改善环境，满足他们的客户环保意识提高的要求。混合动力的高电压和电流会导致较高的场强。该场需要抑制，以确保重要的车辆安全相关的功能组件运作正常。抑制不只是为了确保安全，同样重要的是舒适和装备令人满意工作。本文研究的范围为调查 600 V 的混合动力车辆应用直流电缆的电磁辐射。此外，还有各种型号的电缆是否适合，例如审查他们应靠近地放置还是远离地放置。该电缆将只从电的一个角度检查，而不是从振动，热，磨损等别的角度。我们的目标是要推荐一个将减少
2、电磁辐射的电缆。选择不同的电缆，将对此电磁场在 EMC 实验室进行测试。研究电缆的数据，找出电缆组成和特点。EMC 的测试将测量电缆的电磁辐射，以及电磁场取决于电缆之间的距离和与地的距离等。以便找出哪些是合适的电缆和建议使用的布置。研究的场是 600 V 直流电缆从 AC/DC 转换器到高压接线盒（HEVJB）间的电缆，见图 1。图 1 在本研究的电缆的位置2. 测试电缆选择三种类型的电缆作研究。第一种电缆有一芯导体没有屏蔽，第二种电缆是带一个屏蔽的单芯电缆，第三种电缆是具有共同屏蔽的两芯电缆。选择同轴电缆和无屏蔽电缆是研究屏蔽怎样的影响电磁场。选择具有共同的屏蔽的两芯电缆是研究通过共同的屏蔽
3、是如何影响场。下面是电缆结构的总结：导体和屏蔽是铜的，该退火铜在 20的电导率 5.8107S /m。编织屏蔽的一个优点是电缆的高柔软度。编织屏蔽并不像一个实屏蔽一样的效果，它只是提供了 60-90的覆盖率。一种交联弹性体材料被用作绝缘和护套。介电常数在 1kHz 是 4.79 和在 1MHz 是 4.11。2.1 非屏蔽 50mm 2 电缆第一种电缆是一个多根绞合导体不带屏蔽的电缆。导体是由绞合裸铜，该导体是 5 类裸铜绞合导体。5 类意味着线芯是细铜丝制造，导体由多股绞合的 7 束组成，并且标称截面积 50 mm2，导体的最大直径为 9.4 mm。电缆具有交联聚烯烃弹性体绝缘，材料常数见表
4、 1。最小厚度绝缘为 0.8mm，电缆的标称直径为 11.5mm。电缆见图.2。图 2 非屏蔽电缆2.2 屏蔽 50 mm2 电缆第二种电缆是一个带屏蔽的多根绞合导体的同轴电缆。导体是多根束绞的 7 根导体组成。标称截面导体的面积为 50 mm2，而最大导体直径为 9.4mm。电缆的绝缘是交联聚烯烃弹性体。绝缘标称直径有 11.5mm。编织镀锡铜作为屏蔽，屏蔽最大直径为 12.6mm。护套也是交联聚烯烃弹性体的。标称电缆外径为 14.9mm。电缆见图 3。图 3 屏蔽电缆2.3 两芯电缆第三种是两芯电缆，导体和绝缘是在 2.1 节中描述了的 2 个非屏蔽 50 mm2 是电缆。屏蔽是编织镀锡铜
5、制成，屏蔽最大厚度为 1.1mm。编织外护套厚度约 1mm。图 4 显示了可以具有圆形轮廓两芯电缆。图 4 2 芯电缆表 1 电缆结构电缆类型 标称截面积(mm 2) 导体直径最大(mm) 绝缘直径(mm) 屏蔽直径最大(mm) 标称外径 . (mm)非屏蔽 50 9.4 - - 11.50.20屏蔽 50 9.4 11.5 12.6 14.90.3两芯 50 9.4 11.50.20 - -3 电缆安装方案分析3.1 方案本文将 5 种电缆安装作为分析。第一种安装是，当两个没有屏蔽电缆放在它们之间在彼此旁边没有距离。第二种电缆安装时没有屏蔽的两条电缆均放置 5cm 之间的距离。第三和第四个的
6、安装是和第一个和第二个安装相同，但是使用屏蔽电缆代替。因此第三种情况是，当两个同轴电缆彼此相邻它们之间没有距离的放置，而第四种情况是，当两个同轴电缆之间有 5cm 的距离。公共屏蔽两芯电缆将是最后一个测试，是第五种电缆安装。电缆为无屏蔽和之间无距离。 电缆为无屏蔽和之间距离 5 cm。电缆为屏蔽之间无距离。电缆为屏蔽和之间距离 5 cm。 电缆为两芯和公共屏蔽。3.2 布放 将有一个交替放置的电缆，以找出电场的影响，电缆放在一个支撑地的钢架附近。，还将对电缆与放置不同钢架进行检查对磁场的影响，因为钢架是一个导磁材料。该电缆将被放置在两个不同的地方。在实验室试验和钢梁的距离是 5cm。计算将显示
7、 0.5m 的距离如何磁场影响，如果没有在安装钢架。没有可能距离钢架 0.5m 放置电缆测量，使用 5cm 代替查看钢架的影响。第二种是放置电缆与计算和实验室试验与梁均没有距离。电缆到钢架的放置距离 0.5m/ 5cm。 电缆放置和钢架没有距离。 4 测量 4.1 测试装置 测试装置是真实系统的简化。在这个真实系统有一个 AC/DC 变换器代替 DC/DC 变换器。使用 DC/DC 变换器是由于可用性和易于控制。在真实系统中的逆变器更难于控制。因为直到今天混合动力重型车辆是罕见的，所以很难获得一个实际的逆变器。本研究的实验室部分在一间屏蔽室有限的空间完成。 因为测试电池是一台小电机所以不会适合
8、电池。 一个电池在变换器的低压边和一个电阻在变换器的高压边。 4.2 测试电路 测试电路见图 5。电池采用 Cobasys 制造的镍氢型。镍氢是可充电的，阳极是氢吸收合金，阴极是镍。镍氢电池经常用于混合动力车辆，如丰田的普锐斯。负载电阻为 500 每相，额定功率 3 kW。相电阻并联而获得 167 电阻。为了避免浪涌电流进入 DC/DC 变换器的电容，先连接 100 然后断开。图 5 测试电路4.3 电场测量 4.3.1 结果 电缆的电场发射用上面提到的的测试装备按测试方案测量。作为参考测量，用于发现哪些发射来自电缆，哪些不是，找到非常高的电场发射。进行一系列测量用于找到高电场源。尽管努力将控
9、制 DC/DC-变换器的设备移动到电池的外侧。但并没有降低发射。 完成了测试测量，甚至测试测量场尽可能小，应该比标出的红线低。 甚至当电缆类型发生更改发射电平也没有改变。这是因为发射是 DC/DC-变换器产生的，超出了本研究范围。不可能把 DC/DC 变换器移到屏蔽室外面，因为电池上没有导线。基于这个问题研究电缆的电场发射需要一个新的测试方案有能力比较电缆类型。图 6 当电场尽量最小化下的测试结果4.3.2 新测试方案 改变了测试电路以能够看出电缆类型间的差异。使用频率发生器代替 DC/DC-变换器。给电缆的信号是变化功率的规则正弦波；在所有的测量中功率电平调整到高功率信号。电场测量将不得出任
10、何绝对的结果，但可以作为电缆类型间的相互比较。频率发生器可以发送一个正弦信号，频率预先可以改变。电场电平用频谱分析仪在振动频率下测量。 在所有频率除了振动频率共振下电场都为零。返回的导体是连接到频率发生器的信号地，和放置电缆的接地平面是同一个地。电缆电阻很低，为了防止驻波在电缆上用一个 2 电阻作为负载。新的测试方案见图 7, 表 2 列出了新的测试方案的设备清单。图 7 新的测试方案表 2 新的测试方案的装备.仪器 制造商信号发生器 Rohde & Schwarz电源 SCR负载 Powerload 500万用表 Tektronix功率钳 Prova4.3.3 电场测量结果 电场测量结果在下
11、列图中是放在一起的，可以看出电缆类型和放置的差异。d 是电缆间的距离，D 是对接地平板的距离。实际应用干扰是在低频，实际的电力电子变换器有一个 10-15 kHz 较低的开关频率，因此在图中最重要的结果是低频。电缆间的差异见图中的 dBV，用电压计算该差异。图 8 所示为屏蔽电缆的电场。蓝色和黄色线所示电缆为距地 5cm 放置，屏蔽不接地。该图显示了妥善连接屏蔽到地面的重要性，因为与地不连接的电缆，具有较高的电场。以不同的连接方式接地取决于问题最小化。对于屏蔽不是很容易找到正确的接地；其可能两端也可能仅是一端。屏蔽仅一端连接的情况可以避免干扰电流的涡流。不接地的屏蔽电缆和非屏蔽电缆比较可以看出，不接地的屏蔽电缆比非屏蔽电缆有更高的电场。屏蔽电缆
