1.??概述

由于對石油儲量的枯竭和溫室效應(yīng)的擔(dān)憂，最近混合動力技術(shù)非常流行。許多公司正在努力開發(fā)自己的混合動力汽車，以改善環(huán)境，滿足他們的客戶環(huán)保意識提高的要求?；旌蟿恿Φ母唠妷汉碗娏鲿?dǎo)致較高的場強(qiáng)。該場需要抑制，以確保重要的車輛安全相關(guān)的功能組件運(yùn)作正常。抑制不只是為了確保安全，同樣重要的是舒適和裝備令人滿意工作。

本文研究的范圍為調(diào)查 600 V的混合動力車輛應(yīng)用直流電纜的電磁輻射。此外，還有各種型號的電纜是否適合，例如審查他們應(yīng)靠近地放置還是遠(yuǎn)離地放置。該電纜將只從電的一個(gè)角度檢查，而不是從振動，熱，磨損等別的角度。我們的目標(biāo)是要推薦一個(gè)將減少電磁輻射的電纜。

選擇不同的電纜，將對此電磁場在EMC實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行測試。研究電纜的數(shù)據(jù)，找出電纜組成和特點(diǎn)。EMC的測試將測量電纜的電磁輻射，以及電磁場取決于電纜之間的距離和與地的距離等。以便找出哪些是合適的電纜和建議使用的布置。研究的場是600 V直流電纜從AC/DC轉(zhuǎn)換器到高壓接線盒（HEVJB）間的電纜，見圖1。

2.?? 測試電纜

選擇三種類型的電纜作研究。第一種電纜有一芯導(dǎo)體沒有屏蔽，第二種電纜是帶一個(gè)屏蔽的單芯電纜，第三種電纜是具有共同屏蔽的兩芯電纜。選擇同軸電纜和無屏蔽電纜是研究屏蔽怎樣的影響電磁場。選擇具有共同的屏蔽的兩芯電纜是研究通過共同的屏蔽是如何影響場。下面是電纜結(jié)構(gòu)的總結(jié)：導(dǎo)體和屏蔽是銅的，該退火銅在20℃的電導(dǎo)率5.8×107S /m。編織屏蔽的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是電纜的高柔軟度。編織屏蔽并不像一個(gè)實(shí)屏蔽一樣的效果，它只是提供了60-90％的覆蓋率。一種交聯(lián)彈性體材料被用作絕緣和護(hù)套。介電常數(shù)在1kHz是4.79和在1MHz是4.11。

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2.1?非屏蔽 50mm2電纜?

第一種電纜是一個(gè)多根絞合導(dǎo)體不帶屏蔽的電纜。導(dǎo)體是由絞合裸銅，該導(dǎo)體是5類裸銅絞合導(dǎo)體。5類意味著線芯是細(xì)銅絲制造，導(dǎo)體由多股絞合的7束組成，并且標(biāo)稱截面積50 mm2，導(dǎo)體的最大直徑為9.4 mm。電纜具有交聯(lián)聚烯烴彈性體絕緣，材料常數(shù)見表1。最小厚度絕緣為0.8mm，電纜的標(biāo)稱直徑為11.5mm。電纜見圖.2。

2.2?屏蔽50mm2電纜

第二種電纜是一個(gè)帶屏蔽的多根絞合導(dǎo)體的同軸電纜。導(dǎo)體是多根束絞的7根導(dǎo)體組成。標(biāo)稱截面導(dǎo)體的面積為50 mm2，而最大導(dǎo)體直徑為9.4mm。電纜的絕緣是交聯(lián)聚烯烴彈性體。絕緣標(biāo)稱直徑有11.5mm。編織鍍錫銅作為屏蔽，屏蔽最大直徑為12.6mm。護(hù)套也是交聯(lián)聚烯烴彈性體的。標(biāo)稱電纜外徑為14.9mm。電纜見圖3。

2.3???兩芯電纜?

第三種是兩芯電纜，導(dǎo)體和絕緣是在2.1節(jié)中描述了的2個(gè)非屏蔽50 mm2是電纜。屏蔽是編織鍍錫銅制成，屏蔽最大厚度為1.1mm。編織外護(hù)套厚度約1mm。圖 4顯示了可以具有圓形輪廓兩芯電纜。

3 電纜安裝方案分析

3.1? 方案

本文將5種電纜安裝作為分析。第一種安裝是，當(dāng)兩個(gè)沒有屏蔽電纜放在它們之間在彼此旁邊沒有距離。第二種電纜安裝時(shí)沒有屏蔽的兩條電纜均放置5cm之間的距離。第三和第四個(gè)的安裝是和第一個(gè)和第二個(gè)安裝相同，但是使用屏蔽電纜代替。因此第三種情況是，當(dāng)兩個(gè)同軸電纜彼此相鄰它們之間沒有距離的放置，而第四種情況是，當(dāng)兩個(gè)同軸電纜之間有5cm的距離。公共屏蔽兩芯電纜將是最后一個(gè)測試，是第五種電纜安裝。

?? 電纜為無屏蔽和之間無距離。

?? 電纜為無屏蔽和之間距離5 cm。

??電纜為屏蔽之間無距離。

??電纜為屏蔽和之間距離 5cm。

??電纜為兩芯和公共屏蔽。

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3.2?布放

?將有一個(gè)交替放置的電纜，以找出電場的影響，電纜放在一個(gè)支撐地的鋼架附近。，還將對電纜與放置不同鋼架進(jìn)行檢查對磁場的影響，因?yàn)殇摷苁且粋€(gè)導(dǎo)磁材料。該電纜將被放置在兩個(gè)不同的地方。在實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)和鋼梁的距離是5cm。計(jì)算將顯示0.5m的距離如何磁場影響，如果沒有在安裝鋼架。沒有可能距離鋼架0.5m放置電纜測量，使用5cm代替查看鋼架的影響。第二種是放置電纜與計(jì)算和實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)與梁均沒有距離。

??電纜到鋼架的放置距離0.5m/5cm。

?? 電纜放置和鋼架沒有距離。

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4?測量

4.1? 測試裝置

測試裝置是真實(shí)系統(tǒng)的簡化。在這個(gè)真實(shí)系統(tǒng)有一個(gè)AC/DC 變換器代替 DC/DC變換器。使用DC/DC變換器是由于可用性和易于控制。在真實(shí)系統(tǒng)中的逆變器更難于控制。因?yàn)橹钡浇裉旎旌蟿恿χ匦蛙囕v是罕見的，所以很難獲得一個(gè)實(shí)際的逆變器。本研究的實(shí)驗(yàn)室部分在一間屏蔽室有限的空間完成。因?yàn)闇y試電池是一臺小電機(jī)所以不會適合電池。一個(gè)電池在變換器的低壓邊和一個(gè)電阻在變換器的高壓邊。

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4.2?測試電路

測試電路見圖 5。電池采用Cobasys 制造的鎳氫型。鎳氫是可充電的，陽極是氫吸收合金，陰極是鎳。鎳氫電池經(jīng)常用于混合動力車輛，如豐田的普銳斯[17]。負(fù)載電阻為 500 ? 每相，額定功率 3 kW。相電阻并聯(lián)而獲得167 ?電阻。為了避免浪涌電流進(jìn)入DC/DC變換器的電容，先連接100 ? 然后斷開。

4.3? 電場測量?

4.3.1??結(jié)果

電纜的電場發(fā)射用上面提到的的測試裝備按測試方案測量。作為參考測量，用于發(fā)現(xiàn)哪些發(fā)射來自電纜，哪些不是，找到非常高的電場發(fā)射。進(jìn)行一系列測量用于找到高電場源。盡管努力將控制DC/DC-變換器的設(shè)備移動到電池的外側(cè)。但并沒有降低發(fā)射。完成了測試測量， 甚至測試測量場盡可能小，應(yīng)該比標(biāo)出的紅線低。甚至當(dāng)電纜類型發(fā)生更改發(fā)射電平也沒有改變。這是因?yàn)榘l(fā)射是DC/DC-變換器產(chǎn)生的，超出了本研究范圍。不可能把DC/DC變換器移到屏蔽室外面，因?yàn)殡姵厣蠜]有導(dǎo)線?；谶@個(gè)問題研究電纜的電場發(fā)射需要一個(gè)新的測試方案有能力比較電纜類型。

4.3.2?? 新測試方案

改變了測試電路以能夠看出電纜類型間的差異。使用頻率發(fā)生器代替 DC/DC-變換器。給電纜的信號是變化功率的規(guī)則正弦波；在所有的測量中功率電平調(diào)整到高功率信號。電場測量將不得出任何絕對的結(jié)果，但可以作為電纜類型間的相互比較。頻率發(fā)生器可以發(fā)送一個(gè)正弦信號，頻率預(yù)先可以改變。電場電平用頻譜分析儀在振動頻率下測量。在所有頻率除了振動頻率共振下電場都為零。返回的導(dǎo)體是連接到頻率發(fā)生器的信號地，和放置電纜的接地平面是同一個(gè)地。電纜電阻很低，為了防止駐波在電纜上用一個(gè)2 ? 電阻作為負(fù)載。新的測試方案見圖 7, 表 2列出了新的測試方案的設(shè)備清單。

4.3.3?? 電場測量結(jié)果

電場測量結(jié)果在下列圖中是放在一起的，可以看出電纜類型和放置的差異。d是電纜間的距離，D是對接地平板的距離。實(shí)際應(yīng)用干擾是在低頻，實(shí)際的電力電子變換器有一個(gè)10-15 kHz較低的開關(guān)頻率，因此在圖中最重要的結(jié)果是低頻。電纜間的差異見圖中的dBμV，用電壓計(jì)算該差異。

圖 8 所示為屏蔽電纜的電場。藍(lán)色和黃色線所示電纜為距地 5cm放置，屏蔽不接地。該圖顯示了妥善連接屏蔽到地面的重要性，因?yàn)榕c地不連接的電纜，具有較高的電場。以不同的連接方式接地取決于問題最小化。對于屏蔽不是很容易找到正確的接地；其可能兩端也可能僅是一端。屏蔽僅一端連接的情況可以避免干擾電流的渦流。不接地的屏蔽電纜和非屏蔽電纜比較可以看出，不接地的屏蔽電纜比非屏蔽電纜有更高的電場。

4.3.4?? 電纜類型和結(jié)果

下圖曲線每個(gè)電纜類型和放置都有各自的顏色。例如所有曲線中的綠線是非屏蔽電纜相互無距離且和接地支架無距離。公共屏蔽電纜距離支架5cm放置為棕色線。圖 9 所示為非屏蔽電纜的結(jié)果。比較非屏蔽電纜可以看到當(dāng)非屏蔽電纜之間以一定距離放置和和接地平面也有一定距離取得一個(gè)最壞的結(jié)果，在預(yù)料之中。在信號電纜和地之間的區(qū)域好比天線。在不利情況下當(dāng)電纜相距5cm放置和距離地5cm放置，電纜之間和電纜對接地平面之間都具有天線效應(yīng)。當(dāng)電纜相互沒有距離，且離接地平面5cm距離的結(jié)果和電纜挨著接地平面且相互之間距離5cm，分別為黃線和黑線。因?yàn)橛糜谛盘柕碾娎|和返回的電纜間的面積和信號電纜和接地平面之間的面積是相同的，造成類似的天線效應(yīng)，所以結(jié)果應(yīng)該是相同的。因?yàn)檩^少了天線效應(yīng)電纜間沒有距離且和接地平面沒有距離應(yīng)得到最好結(jié)果。在低頻電纜的方案也是最好的。

屏蔽電纜的結(jié)果見圖 10。圖中粉紅色的和青綠色的線,屏蔽電纜由于結(jié)果隨著頻率變化很大所以很難解釋。在較低的頻率電纜靠近接地平面看起來最好。天線效應(yīng)看起來在非屏蔽電纜的影響相比接地的屏蔽電纜嚴(yán)重。

圖11 所示為采用公共屏蔽的電纜電場測量結(jié)果。結(jié)果在和接地支架一定距離放置所有頻率都是基本相同的，只是沒那么大。所以這種類型的電纜放置不是很重要。

圖 12 所示為非屏蔽電纜和屏蔽電纜電纜之間無距離且對接地平面有距離放置電場強(qiáng)度的不同。非屏蔽的電纜比屏蔽電纜電場電平高。

電纜相離放置的電場見圖13。有時(shí)電纜可能無法互相挨著放置，為了盡量減少天線效應(yīng)，電纜的選擇是非常重要的。對比非屏蔽和屏蔽電纜可以看出，屏蔽電纜比非屏蔽電纜顯示出非常低的電場。在最低的頻率，和接地平面無距離的屏蔽電纜顯示出最好的結(jié)果。和非屏蔽電纜相比天線效應(yīng)減小了大約10 dBμV。

圖 14 所示為相離接地平板放置電纜類型的電場。屏蔽型電纜顯示出最好的結(jié)果。電纜間相互距離非常不重要。重要的是用屏蔽電纜。屏蔽電纜和公共屏蔽電纜比較也顯示了同樣的結(jié)果。

圖 15所示是三個(gè)不同的電纜類型當(dāng)它們是直接放在接地平板上的電場。這個(gè)結(jié)果也表明重要的是選擇屏蔽電纜代替非屏蔽電纜。屏蔽電纜和公共屏蔽電纜電場的差別不是非常大。在較低的頻率屏蔽電纜和地?zé)o距離看來是最好的結(jié)果。

4.4?磁場測量

4.4.1?? 試驗(yàn)方案

電阻使用原來的測試方案用一個(gè)167 ? 并聯(lián)電阻，額定功率3 kW。這是一個(gè)問題當(dāng)時(shí)是磁場測量時(shí)電阻限制著電流。因此需要一個(gè)低電阻的負(fù)載，可以保持一個(gè)高電流。一個(gè)功率負(fù)載，一個(gè)能調(diào)整負(fù)載電流的儀器。因?yàn)榇艌龅臏y量儀器原因，測量變化的磁場是難以做到的。為了取得一個(gè)恒定的電流去測量恒定的磁場使用一個(gè)DC電源代替 DC/DC-變換器。DC 電源調(diào)節(jié)10V和10A的電流通過測試電纜給功率負(fù)載。測試方案見圖 16。

4.4.2?? 測量方法

在第一個(gè)測試方案，電纜放置在用5cm聚苯乙烯泡沫作間隔的覆蓋接地銅箔的桌子上。在第二個(gè)測試方案電纜是直接放置在接地銅箔上。首先電纜間相距5cm放置，霍爾效應(yīng)探針是在電纜之上3cm放置。在測量之前高斯表調(diào)整為零，以減去地球磁場。高斯表取得場的峰值。場的值由高斯表記錄，然后把返回的導(dǎo)體移向輸出導(dǎo)體使它們無距離放置，記錄新的值。這個(gè)步驟用于屏蔽電纜和非屏蔽電纜；公共屏蔽電纜僅試驗(yàn)直接放置在接地銅板和和銅板有一定距離。

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4.4.3??結(jié)果

磁場測量結(jié)果見表 3。當(dāng)非屏蔽電纜之間相離放置，圍繞著導(dǎo)體將有磁場。場的峰值是28 μT。當(dāng)電纜移動到一起電場降低。當(dāng)電纜間無距離放置圍繞電纜的磁場取消產(chǎn)生，因?yàn)樗鼈冇邢喾吹姆较?。?dāng)電纜直接放置在接地平板上磁場沒有改變，因?yàn)殂~傳導(dǎo)磁通量不好。屏蔽電纜和非屏蔽電纜顯示同樣的結(jié)果；因?yàn)椴煌瑑H是屏蔽，所以結(jié)果是預(yù)料之內(nèi)的。屏蔽不影響磁場；在這種情況下其僅移動接地平板接近導(dǎo)體。銅制的屏蔽導(dǎo)磁性很差。因此屏蔽不影響磁通量。屏蔽僅會使電場降低而不影響磁場。采用公共屏蔽的電纜的兩個(gè)導(dǎo)體當(dāng)測量的電纜導(dǎo)體和平板水平挨著放置和一個(gè)導(dǎo)體放置在另外導(dǎo)體頂端是相反的，在電纜上使用兩個(gè)測量點(diǎn)。當(dāng)在水平平板上導(dǎo)體是相鄰放置場將消失，當(dāng)它們互相頂著放置則磁場是6 μT.

5? 測量的討論

非屏蔽電纜的結(jié)果表明當(dāng)電纜之間無距離且挨著接地平板放置取得最低的電場。屏蔽電纜顯示的結(jié)果難以解釋，但最好的結(jié)果應(yīng)該是當(dāng)電纜放置在接地平板上。兩個(gè)導(dǎo)體用一個(gè)公共屏蔽的電纜在較低的頻率隨著和接地平板距離幾乎沒有差異。從結(jié)果的情節(jié)看，當(dāng)電纜間無距離放置和電纜間相離放置其不同電纜類型的結(jié)果非常不同。在電纜無距離放置和電纜相距5cm放置屏蔽電纜比非品蔽電纜得到一個(gè)較低的電場。在這種情形，電纜挨著支架放置和距離支架5cm 放置也同樣可以看到非屏蔽電纜比屏蔽電纜類型得到較大的場。圖17 所示的結(jié)果是三個(gè)電纜類型可謂最好的結(jié)果。非屏蔽電纜比屏蔽電纜類型在電場上有較大不同，但屏蔽電纜在不同的電場沒有太大區(qū)別。

磁場不受銅制的接地平板的影響，銅導(dǎo)磁性很差。磁通也不受屏蔽影響，因?yàn)槠帘问倾~制的，像空氣和交聯(lián)聚烯烴彈性體一樣。磁通量只受電纜去路和回路的放置距離影響。當(dāng)電纜相互無距離放置則磁通量消失。當(dāng)去路和回路的距離增加磁場強(qiáng)度是增加的。為了最小化電纜的磁通應(yīng)相互無距離放置。