Низкий

Примечание редактора. Читателей также могут заинтересовать другие статьи Чжана в журнале In Compliance Magazine, посвященные проблемам ЭМС электромобилей: «Методы проектирования ЭМС для модулей силовых агрегатов электромобилей» (февраль 2021 г.) и «Методы проектирования ЭМС для преобразователей постоянного тока электромобилей». (декабрь 2021 г.).

Большинство электромагнитных помех (EMI) в полевых условиях представляют собой кондуктивные излучения/устойчивость, излучаемые излучения/устойчивость, быстрые электрические переходные процессы (EFT) и электростатические разряды (ESD). Однако существуют и другие типы электромагнитных возмущений, включая низкочастотные магнитные поля, которые являются предметом этой статьи.

Магнитное поле промышленной частоты (50–60 Гц) является прямым результатом токов, протекающих в электрических сетях. При протекании токов низкой частоты во всей энергосети в зависимости от размеров токоциркуляционного контура воздействие на оборудование/изделия в окружающей среде может быть значительным. Типичным случаем является оборудование с экраном электронно-лучевой трубки (ЭЛТ). Изображение на ЭЛТ-экране может колебаться из-за присутствия поблизости низкочастотного поля1. Профессиональное аудиооборудование, такое как электрогитары, магнитофоны и громкоговорители, также чувствительно к внешним магнитным полям. EN 61000-4-8 определяет метод испытаний основных магнитных полей промышленной частоты2.

В последние годы в новых продуктах, таких как продукты, использующие электронно-лучевую технологию, и электромобилях (EV), было выявлено множество проблем с низкочастотными магнитными полями. Такие продукты, как оборудование для аддитивного производства, использующее электронно-лучевую технологию, также чувствительны к магнитным полям промышленной частоты, а плохая устойчивость может привести к неточностям в производственном процессе. В случае с электромобилями тяговые двигатели генерируют переменный ток частотой до 2–3 кГц, а системы беспроводной передачи энергии (БПЭ) для зарядки аккумуляторов работают с частотой около 85 кГц3.

Проблема с низкочастотными магнитными полями в этом случае часто связана с безопасностью и здоровьем. Рекомендации 20204 Международной комиссии по защите от неионизирующего излучения (ICNIRP) описывают потенциальные последствия воздействия электромагнитных полей на здоровье и безопасность человека. Согласно Методическим рекомендациям, к основным физиологическим эффектам воздействия электромагнитных полей относится электростимуляция нервной системы, возникающая в результате индуцирования электрических полей в биологических тканях под действием изменяющихся во времени магнитных полей с частотой до 10 МГц.

Низкочастотные магнитные поля могут не только представлять опасность для здоровья человека, но и влиять на некоторые электрические блоки управления (ЭБУ) автомобиля. ЭБУ, состоящий из датчиков Холла, расположенных рядом с аккумуляторной батареей или модулями трансмиссии, может подвергаться воздействию низкочастотного магнитного поля, если не обеспечено достаточное экранирование.

В этой статье обсуждение низкочастотных магнитных полей основано на приложениях, в которых диапазон частот ниже 500 кГц. Обсуждаются проблемы низкочастотного магнитного поля в приложениях электромобилей. Низкочастотные электрические поля и плоские волны выходят за рамки этой статьи, как и низкочастотные магнитные поля, создаваемые в процессе зарядки электромобиля.

Во-первых, необходимо немного базовой теории о низкочастотных магнитных полях.

Методы защиты, которые широко используются для защиты от излучений, эффективны, поскольку работают в дальней зоне. Поскольку длина волны физически мала, затухание экранирующего материала сочетает в себе как потери на поглощение, так и потери на отражение5.

Как показано на рисунке 1, законы физики диктуют, что длина волны велика при низкой частоте (900 кГц), следовательно, то же расстояние становится ближним полем для низкочастотного шума. В этом случае экран не может обеспечить достаточные потери на отражение. Потери на поглощение также уменьшены и находятся на низкой частоте. В результате экранирование низкочастотного магнитного поля может быть достигнуто только с помощью следующих методов:

Рисунок 1. В ближнем поле низкочастотный шум может быть только поглощен, но потери на поглощение также уменьшаются.