基于矩量法的汽车空调系统电磁辐射仿真研究

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汽车空调产生的干扰电磁波会通过汽车导线直接输入无线电设备和电子设备内部的,或者通过天线(如点火系高压线、设备中较长的线缆、芯片管脚)输入无线电设备内部。这些干扰会耦合在天线芯线上,从天线(如接收广播的天线)辐射出去,造成辐射干扰;因而,研究汽车空调的电磁兼容问题,直接影响着整车的电磁兼容性,具有重大研究价值;但目前来看,国内外在汽车空调系统的EMC分析上做的研究和探讨还是非常少见的。矩量法是一种将算子方程转化为矩阵方程的离散方法。由于它可以计算空间中任意形状物体周围的电磁场分布,即它可以应用任何边界条件,因而得到广泛使用。本文深入研究了矩量法的数学原理以及常用的求解矩阵方法,并借助矩量法对汽车空调系统电磁干扰问题进行了细致的研究。本文详细描述了矩量法的数学原理,并介绍常规的求解矩阵方法,以及Krylov子空间迭代法;并详细阐述了基于加权残数法的矩量法。介绍了汽车空调系统的主要构成,找到其主要电磁干扰源,并对主要干扰源(空调电源开关、控制器)分别进行电磁干扰的机理分析;同时,阐述了冷却风扇电机的工作原理,并对其进行了细致的电磁干扰分析。基于矩量法对永磁无刷直流电机建立数学模型,选取正弦差值基函数作为电流分布函数的展开函数,利用海伦方程求解;并根据电磁场分布与电流分布的积分方程关系式,进而求得电机电磁场分布。利用Matlab进行电机转子电磁辐射仿真,得到其电磁场的仿真图像;并进而得到结论:电机转子上的电磁场分布趋势是,随着与转子中心点的距离的增大,电磁场不断增强,但当与转子中心点的距离达到一定值时,电磁场强强度则随着这个距离的增大而减弱。严格遵循《TL965(2006-11)邻近干扰消除装置的技术要求》,对汽车空调冷却风扇电机进行电磁辐射试验,并得到了采用抑制措施前的冷却风扇电机的电磁辐射图像。由图像可知,采用抑制措施前的风扇电机的电磁兼容性不达标;由分析,提出了相应的抑制措施,重新对风扇电机进行电磁辐射试验;对比采用抑制措施前后的电机电磁辐射图像,可以知道电机的电磁干扰性能取得了显著的改善,并通过标准规定。由此可见,采用的抗干扰措施是有效可行的。因此,对汽车空调系统电磁辐射问题采取矩量法进行建模研究是行之有效的,具有一定指导意义。
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