15 汽车壳体面电流分布的仿真分析

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1、重庆市电机工程学会2012年学术会议论文汽车壳体面电流分布的仿真分析112汪泉弟，梁凌红，周哲(1、重庆大学输配电装备及系统安全与新技术国家重点实验室,重庆400030；2、重庆市电力公司电力设计院,重庆400045)试非常难实现，电磁兼容领域广泛使用的卡环式摘要：汽车车体为良导体金属材质，车上所有电子电气电流探头不再适用，因此通过仿真对面电流进行设备一般采用汽车整体的金属壳体作为大地，通过各种预测，将非常有利于汽车系统的设计和电磁干扰接地方式接到车体的金属地上，壳体上的电流即是地电的抑制工作。流，这些电流在壳体这个公共地和各设备互联电缆之间本文根据电磁场的边值条件、集肤效应推导流动，从而

2、有可能对车上的敏感设备造成干扰，影响其出金属壳体面电流的计算公式，在Hfss软件仿真正常工作。本文根据磁场强度的边值条件理论，基于集计算汽车在点火系统干扰源作用下的壳体面电肤效应得出当频率较高时电流主要分布在车体表面，车流分布，对电气设备的接地点选择有一定的参考体表面磁场为面电流密度的近似结论，并在Hfss有限元价值。仿真软件中对车体面电流进行仿真预测，仿真分析了汽车在点火系统辐射干扰源作用下车体表面的电流分布，2汽车壳体电流产生的机理对汽车电磁干扰的抑制工作提供参考价值。在汽车上各电子电气设备一般采用汽车的金属壳体作为地平面，各种设备均有可能在汽车关键词：面电流，hfss，仿真壳体中产生

3、一定的电流。从电流产生的机理看，1引言汽车壳体电流的产生方式有三种：(1)直接耦合式：这种方式产生的电流，一般伴随着电力电子和信息技术的快速发展，越是由于电子电气设备或系统直接采用汽车壳体来越多的电力电子设备应用在汽车这样的独立这个地平面作为回流路径，从而在地平面中产生移动系统中，使得汽车内的电磁环境日益复杂，的电流，如图1所示。汽车电磁兼容问题(EMC：ElectromagneticCompatibility)也越来越引起人们的关注[1]。目前??????对汽车电磁兼容的研究主要是探讨零部件的传????导电磁干扰机理、辐射电磁干扰机理及相应的抑制措施[2,3]，也有少量系统级的研究[4]

4、，已取得??????一定的成绩，但汽车壳体面电流的研究几乎没图1直接耦合式电流有。汽车是独立的个体，与普通大地的接地系统不同，它没有通常意义上的大地。所有电设备一(2)电场耦合式：即使没有直接耦合产生的电般采用汽车整体的金属壳体作为大地，通过各种流，通过电场耦合仍会在汽车金属壳体地平面上接地方式接到车体的金属地上，壳体上的面电流产生电流，如图2所示。首先，电子电气设备及即是地电流。这些电流在壳体这个公共地和各设传输电线、电缆都是金属材料，这些导体与汽车备互联电缆之间流动，从而有可能对车上的敏感壳体之间存在分布电容，即使它们与车壳没有物设备造成干扰，影响其正常工作。为解决地电流理连接，也会通

5、过分布电容形成电场耦合。另外，的干扰问题，必须知道壳体面电流的幅度和方为了解决汽车的一些电磁兼容问题，设备中会采向。而车体为大面积的金属板，其上面电流的测用滤波器件来抑制通过电路通路直接进入的干82基于CPS-PWM的三相桥级联变换器的仿真研究扰，也会采用一些保护性接地等，这些都存在对式中，为磁导率,为电导率。地电容。当电容两端的共模电压发生变化时，会对于金属类的良导体，电导率一般为105引起滤波电容及寄生电容中电场的变化，从而使~107数量级，若取0，则在频率较高的波电容的位移电流将供电系统的电流导入汽车壳段内，透入深度一般只有毫米，甚至微米量级。体地平面，形成电场耦合式电流

6、[5]。因为频率升(2)邻近效应：邻近效应是指两条相互邻近并高，电容阻抗随之减小，所以共模电压频率越高，通有一定频率电流的线路间，会通过电磁场的作产生的电流也越大。因此高频电流、开关的断开用相互影响各自电流的分布[6]。在高频情况下，与闭合等都是电场耦合电流的重要来源。由于邻近效应，外部线路中电流产生的交变磁场会在汽车金属壳体内部产生感应电流，影响电流供电电子分布。负电气系统设备载这两种效应对导体电流分布的影响各不相C同。交流集肤效应的作用是使电流主要集中在导CCCC汽车壳体平面体表面附近，但对电流的均匀性分布没有影响；图2电场耦合式电流邻近效应影响电流的均匀性分布，使其导体周围电流分布不

7、均匀，其中越靠近导线的地方，邻近(3)磁场耦合式：由于线路存在差模电流，当效应越显著。但频率越高，交流集肤效应和邻近差模电流的变化率di／dt较大时，线路周围会产效应都越明显。生变化的磁场，如果线路离汽车壳体较近，会产3汽车壳体面电流的计算方法生感应电流，即磁场耦合式电流，如图3所示。麦克斯韦方程组中磁场强度H表示的全电一般设备或线路中差模电流间距较近，产生的磁流定律方程，其积分形式为[6]：场相互抵消，所以产生的电流较