混合动力汽车用DC/AC逆变器的EMC研究

【摘要】：随着石油供需矛盾、环境恶化等问题越来越突出，新能源汽车逐渐受到社会的高度重视，因此它成为了国际的研究产业以及未来汽车产品的发展方向。新能源汽车主要包括三类：纯电动汽车、混合动力汽车和燃料电池汽车。其中混合动力汽车被认为具有美好的产业发展前景，它更符合目前的技术和资金要求。DC/AC逆变器是混合动力汽车的重要电子部件之一，在其工作过程中容易造成电压突变或电流突变，这是产生电磁干扰的源头之一。产生的干扰可能会影响车内电子设备甚至整车的正常工作。因此，必须高度重视混合动力汽车DC/AC逆变器的电磁兼容性（Electromagnetic compatibility EMC）设计。 通常在汽车的系统设计阶段，就需要考虑到汽车的EMC问题，越早的考虑该问题，则它会越容易解决，所需要的成本也会越低。所以运用软件进行仿真分析，尽早的发现问题，并及时采取相应的抑制措施，尽可能早的解决EMC问题，是具有较大的实用价值的。 本文的技术路线是：混合动力汽车DC/AC逆变器的电磁干扰分析、仿真、抑制和验证。它以DC/AC逆变器为研究对象，分析传导干扰（串扰）的产生机理和存在的主要电磁辐射源（二极管、Z源网络等）。确定相应的边界条件后，进行软件仿真，得到电磁干扰图像，然后采取相应的措施进行干扰抑制。根据国家EMC标准，对DC/AC逆变器和整车完成电磁干扰实验。本文证实了先分析DC/AC逆变器的结构及其串扰和主要电磁辐射源、然后进行电磁仿真、最后采取相关抑制措施的方法具有较好的可行性。本文主要研究内容如下： 首先根据DC/AC逆变器的结构，分析产生传导干扰（串扰）的机理、辐射部件产生电磁干扰的机理，结合电磁兼容理论及其仿真理论，建立串扰和主要辐射部件的数学模型，推导出相关的数学表达式。同时结合实际的边界条件（它与工作环境、实际的系统结构有关），仿真出串扰耦合图像和辐射部件的电磁辐射图像（采用EMC Studio与Matlab软件进行仿真）。通过分析这些图像，得出相关结论，使以后采取的抑制措施更具有针对性。 然后结合电磁兼容理论和电磁干扰的仿真图像，确定需要抑制的电磁场源，采取具有针对性的抑制、改进措施。例如：通过接地技术来避免地回路的形成、泄放积累的静电电荷、防止瞬态电流的干扰；通过滤波技术来分离信号、剔除干扰，可明显减小传导干扰的电平；通过屏蔽技术来限制辐射路径的电磁干扰。 最后，根据EMC的实验要求，准备好相关装置，设计好实验方法和测试路线。遵照国家EMC测试标准，针对DC/AC逆变器和整车，完成电磁干扰实验，对测试的结果进行分析。经过采取相关电磁抑制措施后，整车的电磁干扰强度有明显的下降，其符合国家的EMC标准。所以证实了本文采取的方法具有较好的正确性和可行性。 【关键词】：混合动力汽车 EMC DC/AC逆变器 电磁抑制 电磁仿真
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TM464
【目录】：

• 摘要4-7
• Abstract7-16
• 第1章 绪论16-28
• 1.1 汽车电磁兼容16-20
• 1.1.1 电磁兼容定义16-17
• 1.1.2 电磁兼容分析17-18
• 1.1.3 电磁兼容仿真及其软件18-20
• 1.2 电磁兼容国内外发展现状20-22
• 1.2.1 国外发展现状20-21
• 1.2.2 国内发展现状21-22
• 1.3 汽车电磁兼容标准简介22-23
• 1.4 选择背景与意义23-26
• 1.4.1 混合动力汽车概述23-25
• 1.4.2 研究意义25-26
• 1.5 主要研究内容26-28
• 第2章 电磁场理论28-36
• 2.1 麦克斯韦方程28-32
• 2.1.1 积分形式和微分形式28-30
• 2.1.2 时谐场麦克斯韦方程30
• 2.1.3 波动方程30-32
• 2.2 边界条件32-34
• 2.3 本章小结34-36
• 第3章 DC/AC 逆变器设计与电磁干扰分析36-46
• 3.1 DC/AC 逆变器概述36-40
• 3.1.1 DC/AC 逆变器结构36-37
• 3.1.2 Z 源 DC/AC 逆变器工作原理37-39
• 3.1.3 Z 源 DC/AC 逆变器控制方式39-40
• 3.2 Z 源网络设计40-42
• 3.2.1 电容设计40-41
• 3.2.2 电感设计41-42
• 3.3 DC/AC 逆变器的电磁干扰42-44
• 3.3.1 二极管电磁干扰产生机理42-43
• 3.3.2 场效应管电磁干扰产生机理43
• 3.3.3 Z 源网络电磁干扰产生机理43-44
• 3.3.4 其他电路或系统的电磁干扰44
• 3.4 静电放电44-45
• 3.5 本章小结45-46
• 第4章 DC/AC 逆变器电磁干扰仿真研究46-66
• 4.1 电磁兼容仿真预测46-47
• 4.2 传导干扰分析与仿真47-57
• 4.2.1 传输线方程47-50
• 4.2.2 单位长度的电参数50-51
• 4.2.3 串扰51-53
• 4.2.4 感性—容性近似耦合模型53-57
• 4.3 辐射干扰分析与仿真57-64
• 4.3.1 磁场源辐射57-61
• 4.3.2 电场源辐射61-63
• 4.3.3 干扰电流辐射63-64
• 4.4 本章小结64-66
• 第5章 DC/AC 逆变器电磁干扰抑制措施66-78
• 5.1 接地技术和瞬态抑制66-70
• 5.1.1 相关概念66-67
• 5.1.2 汽车接地技术67-69
• 5.1.3 瞬态抑制69-70
• 5.2 滤波技术70-73
• 5.2.1 共模干扰与差模干扰70-71
• 5.2.2 人工电源网络71
• 5.2.3 电源滤波器71-73
• 5.3 屏蔽技术73-77
• 5.3.1 相关概念73-75
• 5.3.2 孔缝屏蔽75-76
• 5.3.3 相关电路的屏蔽76-77
• 5.4 其他电磁干扰抑制措施77
• 5.5 本章小结77-78
• 第6章 实验测试78-86
• 6.1 实验系统78-80
• 6.1.1 相关设计78
• 6.1.2 设备标定78-79
• 6.1.3 实验相关设置79-80
• 6.1.4 实验流程80
• 6.2 实验测试与结果分析80-85
• 6.3 本章小结85-86
• 第7章 总结和展望86-90
• 7.1 论文总结86-88
• 7.2 展望88-90
• 参考文献90-100
• 作者简介及科研成果100-102
• 致谢102-103

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