汽車雨刮電機(jī)電磁干擾特性測試與分析

　　0引言：

　　隨著電氣化，自動(dòng)化程度的不斷提高，電機(jī)在各個(gè)領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用。雖然電機(jī)本身的特性得到了很大的提高，但是電機(jī)與驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的電磁兼容問題卻日趨嚴(yán)重。以汽車為例，一輛汽車上裝有大量的電子設(shè)備，電磁兼容問題也很復(fù)雜。其中最強(qiáng)的干擾源是點(diǎn)火系統(tǒng)，其在工作過程中，會(huì)對(duì)周圍的空間形成強(qiáng)烈的輻射干擾，對(duì)車上其它電子設(shè)備的正常工作有很大的影響。除此之外，雨刮電機(jī)也是一個(gè)主要干擾源。

　　如何解決汽車各電子模塊間及系統(tǒng)間的電磁兼容問題，提高汽車的可靠性和安全性，保證在對(duì)正常行駛的汽車進(jìn)行某操作時(shí)不干擾周圍設(shè)備的正常工作，已成為一個(gè)非常重要和迫切的研究課題。

　　1雨刮電機(jī)電磁干擾特性測試方法

　　1.1一般測試設(shè)備組成

　　一般的測試設(shè)備由電源、測量接收機(jī)、接地平板、人工電源網(wǎng)絡(luò)(LineImpedanceStabilizationNetworkLISN)

(1)測量接收機(jī)。由于測量的對(duì)象是微弱的連續(xù)信號(hào)，也是幅值比較大的脈沖信號(hào)，這就要求測量接收機(jī)本身的噪聲小，靈敏度高，檢波器的動(dòng)態(tài)變化范圍比較大，輸入阻抗低 ，前級(jí)電路的過載能力強(qiáng)。檢波器具有多種檢波功能以適應(yīng)不同需求(有峰值、準(zhǔn)峰值、平均值和有效值檢波)。要求接收機(jī)在整個(gè)測量頻段內(nèi)的精度能達(dá)到±2dB之內(nèi)。

　　(2)電源。12V電源系統(tǒng)應(yīng)為13.5±0.5V，24V系統(tǒng)應(yīng)為27±1.0V。電源必須經(jīng)過適當(dāng)濾波，以使電源中的射頻噪聲比試驗(yàn)計(jì)劃規(guī)定限值低6dB以上。

(3)人工電源網(wǎng)絡(luò)(LISN)。人工電源網(wǎng)絡(luò)又稱線路阻抗穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò)，射頻范圍內(nèi)，在受試設(shè)備參考地與端子之間，或端子與端子之間提供一個(gè)穩(wěn)定的阻抗。同時(shí)，可以將來自電源的無用信號(hào)、噪聲等與測試設(shè)備隔離開來，而僅將受試設(shè)備的干擾電壓耦合到測量接收機(jī)輸入端。主要用于測量被測設(shè)備(EquipmentUnderTestEUT)沿電源線向?qū)Ь€傳導(dǎo)的連續(xù)干擾電壓。人工電源網(wǎng)絡(luò)應(yīng)具有一個(gè)標(biāo)稱為5μH的電感，其測量端口阻抗應(yīng)為。

　　(4)接地平板。測量傳導(dǎo)發(fā)射時(shí)，接地平板可以提高精度，應(yīng)采用至少0.5mm厚的銅板或鍍鋅鋼板。

　　1.2測試方法

根據(jù)GB18655-2002《用于保護(hù)車載接收機(jī)的無線電騷擾特性的限值和測量方法》國家標(biāo)準(zhǔn)的要求，利用5μH，端口阻抗為的人工電源網(wǎng)絡(luò)，并結(jié)合實(shí)驗(yàn)室自主研發(fā)的EMCScan電磁干擾測量系統(tǒng)，完成汽車雨刮電機(jī)傳導(dǎo)干擾測試實(shí)驗(yàn)。

　　對(duì)所有電源線的進(jìn)行電壓測量時(shí)，應(yīng)以被測設(shè)備的殼體，或是盡可能接近被測設(shè)備的底線為參考基準(zhǔn)。實(shí)驗(yàn)線束要放在接地平板上方50mm高度處。通常情況下，如果被測設(shè)備為回線遠(yuǎn)端接地，進(jìn)行電壓測量時(shí)，應(yīng)使每根導(dǎo)線(包括回線和入線)以接地平板電壓為基準(zhǔn)。本次測試為回線近端接地，對(duì)被測設(shè)備近端接地(電源回線低于200mm時(shí))電壓測量時(shí)，實(shí)驗(yàn)設(shè)備和被測設(shè)備應(yīng)按圖1所示布置與連接：

　　圖1一般傳導(dǎo)發(fā)射實(shí)驗(yàn)布置連接圖(電源回線近端接地的被測設(shè)備)

　　l電源;2人工電源網(wǎng)絡(luò);3EUT;4測試線束;5接地平板;6絕緣層(50mm厚);

　　2測試與結(jié)果分析

　　2.1測試前分析

　　雨刮電機(jī)是直流電動(dòng)機(jī)，直流電機(jī)電刷產(chǎn)生的電磁干擾既有共模干擾，又有異模干擾。抑制直流電機(jī)電磁干擾的手段主要有加電容、電感和接地等抑制措施。對(duì)于共模干擾，電容器應(yīng)接在雨刮電機(jī)的每根引線和地之間;但對(duì)于異模干擾，電容器應(yīng)跨接在電源引線之間。一般來說對(duì)于由炭刷產(chǎn)生的干擾，通常都是異模的，是由炭刷與換向器觸點(diǎn)斷開時(shí)產(chǎn)生的。

　　低通濾波電路的作用是通低頻，阻高頻。對(duì)于頻率較高的電磁干擾信號(hào)產(chǎn)生較大衰減，實(shí)現(xiàn)干擾的抑制，削弱了傳導(dǎo)干擾的輸出。圖2是一種比較常用的低通濾波器電路。其中，電容C1、C2、C4、C5和共模電感Lc通常用于對(duì)共模干擾的抑制;而C3和C6一般用于異模干擾的抑制。電容C1、C2、C4和C5的典型值在1000~4700pF之間;C3和C6的典型值在0.1~47μF內(nèi);共模電感Lc典型值范圍為0.01~3mH。根據(jù)上文的分析可知，雨刮電機(jī)產(chǎn)生的電磁干擾的主要部分為傳導(dǎo)干擾，而電機(jī)產(chǎn)生的傳導(dǎo)干擾都是差模干擾，抑制雨刮電機(jī)電磁干擾時(shí)，只需要采用圖2低通濾波電路中的某些部分，就可以達(dá)到抑制電磁干擾的目的，因此本測試采用L型低通濾波器(即一個(gè)電感和一個(gè)電容組成)。

　　圖2常用于電機(jī)電源輸入端的低通濾波器

　　對(duì)于L型低通濾波器，其諧振頻率為：

　　圖3實(shí)驗(yàn)設(shè)備連接圖

　　2.2測試結(jié)果分析

　　通過分析，本文采用以L型(一個(gè)電感和一個(gè)電容)低通濾波器來抑制電磁干擾的方法。實(shí)驗(yàn)時(shí)，以電容+電感的方式進(jìn)行測試，先確定電容大小，在確定電感值。

　　首先，在沒有濾波器的時(shí)候進(jìn)行測試，其測試結(jié)果如圖4所示。

　　圖4沒有濾波器的測試結(jié)果

　　由圖4可知，沒有加濾波器的測試發(fā)現(xiàn)雨刮電機(jī)傳導(dǎo)干擾主要存在1MHz以內(nèi)，在150kHz~400kHz頻率段的干擾比較大。

　　接下來，先選定電感，確定電容的最佳值，在最佳電容值的基礎(chǔ)上，通過改變電感的大小，選定最佳的測試電感值。

　　通過在雨刮電機(jī)電源的輸入端并接濾波電容，進(jìn)行傳導(dǎo)干擾測試。選取電容的大小依次為3.3μF、10μF、39μF。分別如圖5、圖6和圖7所示。

　　圖7電容為39μF的測試結(jié)果

　　通過測試結(jié)果可以看到，當(dāng)電容為10μF時(shí)，抑制干擾的效果最好，可以達(dá)到10dB左右。

　　最后選定10μF電容，不改變電容，只改變電感，電感依次選用82μH、220μH、302μH。結(jié)果分別如圖8、圖9和圖10所示。

　　圖8電容為10μF，電感為82μH測試結(jié)果

　　圖10電容為10μF，電感為302μH的測試結(jié)果

　　通過測試可以看到，當(dāng)加電感后抑制效果有明顯的提高，當(dāng)電容為10μF，電感在220μH時(shí)，對(duì)電磁干擾的抑制效果最優(yōu)。

　　3實(shí)驗(yàn)結(jié)論

　　根據(jù)上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析，確定L型濾波器電感值選用220uH，電容值選用10pF。在150kHz~500kHz頻率段可以有效地抑制傳導(dǎo)干擾，至少可以減少20dB，有些頻率點(diǎn)可以減少達(dá)30dB。盡管在2MHz~20MHz頻率段的干擾不是最小，但不影響其電磁兼容性。