汽车起重机电磁兼容性分析与实验研究

【摘要】国家基础建设的发展推进了工程机械智能化、大型化的进程，促进了智能控制技术的进步和智能化部件的应用。面对安全可靠、绿色环保的市场需求，电磁兼容（EMC）成为制约行业发展的瓶颈。工程机械的产品特征和工作环境更易引起EMC故障：大功率设备集群化施工及紧邻高压线、通讯基站的作业环境形成了无法规避的强电磁骚扰源；数十甚至上百米长的钢体臂架结构，使耦合到内敷线束、部件的电磁干扰远远大于直接骚扰；智控系统功能安全设计等级偏低，使系统在恶劣环境下工作失常。电磁抗扰设计必须首先掌握电磁骚扰源、骚扰传播耦合途径、部件敏感度。复杂的电磁骚扰来源、庞大的重量和体积导致用于常规工业（如：汽车）的实验环境和测试方法难以借用，国外企业相关核心技术严格保密，国内行业EMC研究空白，尚未掌握复杂施工电磁环境及传播途径等效测试与分析、整机/部件电磁抗扰设计与制造的自主核心技术，EMC问题只能在使用中改进，周期长、成本高、风险大，难以满足市场需求。本文从基础电磁兼容研究入手，以汽车起重机为主要研究对象，研究工程机械电磁兼容关键技术：测试和分析了汽车起重机在典型工况下电磁骚扰源的骚扰特征及骚扰水平，建立了汽车起重机电磁兼容仿真模型，实现了整车电磁兼容仿真分析及预测平台，掌握了适合于工程机械的电磁兼容测试、分析、仿真等研究方法，并已成功应用于工程机械产品分析、测试、设计中。本研究根据汽车起重机电气系统结构，从产品电路原理及特点入手，进行汽车起重机电磁兼容的“测试——分析——仿真”研究：（1）干扰源干扰波形测试汽车起重机电控系统包含电源整流模块、大电流开关器件和大功率负载，结合电磁骚扰一般由电流/电压突变、电磁场交替变换引起的干扰产生机理，可以基本确定汽车起重机电控系统供电系统、触点动作、负载瞬变三种可能的电磁骚扰来源。根据骚扰来源在汽车起重机电控系统的分布位置、电气连接和骚扰传播途径确定发电机出口等关键测试点；并在汽车起重机典型工况下，提出并采用低失真测试方法，测试获取各骚扰源产生的电磁骚扰波形，传播途径阻抗特性以及自由场的电磁背景噪声；测试采用大样本测试，以消除各种随机误差的影响。针对测试数据和分析结果存在数据量大、难于管理的问题，建立电磁兼容数据库，内容涉及典型电磁干扰源的作用机理、试验配置、试验过程、参考标准、测试数据、干扰回放、干扰特征参数，并扩展存储干扰源的传播特性数据、线缆耦合特性数据以及典型元器件在实验室条件下的电磁特性测试数据。（2）干扰源特性分析由于测试数据的随机性及测试误差等，不能直接用于电磁兼容特性分析，需要进行数据滤波、特征提取等后处理操作。通过数据分析，获得典型干扰源的特征参数，其过程为：分析电磁背景噪声特点，运用小波变换技术将目标干扰源波形数据与噪声分离；采用统计电磁学理论，通过参数估计、假设检验和回归分析得出骚扰特征参数分布规律，消除电磁干扰源参数的随机特性；建立特征参数统计模型，分析并获得典型干扰源峰值、上升时间、下降时间、持续时间、脉冲宽度等特征值。（3）整车电磁兼容特性仿真针对汽车起重机整机电磁兼容特性分析及预测需求，进一步分析干扰源产生机理，结合实测数据，采用包含模型参数反求的集中参数干扰源仿真建模技术，建立基于等效电路法的典型干扰源仿真模型，包括发动机、继电器、电磁阀和线束模型；同时建立包含汽车起重机结构特点、线束布线位置和线缆特征的多因素耦合干扰源特性仿真模型，从干扰源、干扰传导/耦合路径及敏感设备三方面进一步揭示工程机械电磁兼容特性。通过以上研究，全面掌握汽车起重机电磁兼容研究的三项关键技术——测试技术、分析技术及仿真技术，为深入开展以汽车起重机为代表的工程机械电磁兼容研究提供技术保障；取得的各项成果为汽车起重机电控系统的电磁干扰抑制及电磁兼容整改提供理论依据及数据支持，促进行业的电磁兼容设计标准（干扰限值和抗扰度）和测试标准的制定与实施。
【作者】于晓颖；
【导师】于立娟；曾杨；
【作者基本信息】吉林大学，机械工程，2014，硕士
【关键词】汽车起重机；电磁骚扰；电磁抗扰；骚扰源；特征参数；仿真；改进设计；

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