2.2 裝甲車輛面臨的無(wú)意干擾源

2.2.1 自然干擾源

雷電或雷電電磁脈沖（LEMP）被認(rèn)為是不受控制的自然干擾源，它們可能具有兩種機(jī)理。第一種機(jī)理是由云-云或云-地放電產(chǎn)生電磁場(chǎng)，電磁場(chǎng)強(qiáng)度隨距離而定，表現(xiàn)為雙對(duì)數(shù)脈沖，對(duì)平臺(tái)造成阻尼正弦電流/電壓耦合，對(duì)外露電纜造成更加臨界的耦合，頻率與外露電纜長(zhǎng)度有關(guān)。第二種機(jī)理是云-地放電直接附著到平臺(tái)或電纜上。對(duì)于第二種機(jī)理，其直接傳遞的能量非常大。

雷電產(chǎn)生的雷擊上升和下降時(shí)間通常為幾十納秒，比核電磁脈沖（NEMP）長(zhǎng)，但是場(chǎng)強(qiáng)即使在距雷擊中心很近的距離也會(huì)快速下降。該威脅由強(qiáng)電磁場(chǎng)感應(yīng)的高電流和高電壓造成，峰值高于20 kA的電流在擊中點(diǎn)是另外的威脅，結(jié)果是由過(guò)電壓或熱過(guò)載帶來(lái)毀滅性損壞。

2.2.2 車載電源系統(tǒng)產(chǎn)生的無(wú)意干擾

任何電子系統(tǒng)都需要電源，車載電源系統(tǒng)承擔(dān)整個(gè)車輛的配電和控制功能，其由于功能特性，會(huì)產(chǎn)生各種無(wú)意干擾，主要類型如下。

1．紋波和諧波

紋波是一種自然效應(yīng)，表現(xiàn)為疊加在相關(guān)車輛交流電源上的低頻信號(hào)，以及在車輛直流系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)工作過(guò)程中疊加在額定直流電壓上的低頻信號(hào)（規(guī)則的或不規(guī)則的）。

紋波和諧波的產(chǎn)生源是直流發(fā)電機(jī)、交流發(fā)電機(jī)、整流器、逆變器和電動(dòng)機(jī)。根據(jù)GJB 298要求發(fā)電機(jī)和蓄電池并聯(lián)的無(wú)故障條件，系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)電壓為25～30 V，如圖2-1所示。

紋波電壓的上峰值和下峰值均應(yīng)小于2 V，紋波頻率應(yīng)當(dāng)在50～200 kHz范圍以內(nèi)。

2．浪涌

浪涌是指持續(xù)時(shí)間超過(guò)5 ms的偏離受控穩(wěn)態(tài)電平的任何瞬變。浪涌的恢復(fù)時(shí)間是從電壓偏離穩(wěn)態(tài)極限到返回并歸于極限之內(nèi)的時(shí)間段（圖2-2）。浪涌通常是發(fā)電系統(tǒng)自行調(diào)節(jié)以及調(diào)節(jié)器校正作用的結(jié)果，始于所需電源的變化，或再生系統(tǒng)的電源反饋。浪涌是有電機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的固有規(guī)律，可采用調(diào)整裝置加以解決，對(duì)應(yīng)用的電源進(jìn)行調(diào)整或者加入來(lái)自再生系統(tǒng)的電源反饋。

當(dāng)共用電源接通和斷開(kāi)相當(dāng)大的負(fù)載電流時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生浪涌。產(chǎn)生強(qiáng)烈浪涌的主要用電負(fù)載是風(fēng)扇、空調(diào)、火炮或炮塔控制裝置、起動(dòng)電動(dòng)機(jī)。浪涌通常具有比瞬變干擾更高的能量水平。由于起動(dòng)電動(dòng)機(jī)齒輪與發(fā)動(dòng)機(jī)齒圈嚙合，在起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)的過(guò)程中引起的電壓偏離穩(wěn)態(tài)電壓期間的欠壓變化使浪涌波動(dòng)較大，同時(shí)含有豐富的瞬態(tài)尖峰干擾，持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)，從實(shí)際測(cè)試結(jié)果（圖2-2）可以看出，電壓峰-峰值變化量達(dá)到30 V，持續(xù)時(shí)間為700 ms。當(dāng)使用普通電源供電時(shí)，相關(guān)大負(fù)載電流的接通或關(guān)斷產(chǎn)生浪涌現(xiàn)象。

3．起動(dòng)干擾

起動(dòng)干擾是指電壓不足，偏離通常的穩(wěn)態(tài)水平。它由發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)機(jī)接合和發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)造成。如圖2-3所示，電壓曲線說(shuō)明了理想化的初始接合浪涌和起動(dòng)級(jí)電壓。對(duì)于適當(dāng)?shù)钠饎?dòng)模式，初始接合浪涌持續(xù)時(shí)間從電壓降到相應(yīng)穩(wěn)態(tài)下限以下開(kāi)始，到起動(dòng)級(jí)電壓保持在規(guī)定最小值以上結(jié)束。起動(dòng)從接合浪涌結(jié)束開(kāi)始，直至起動(dòng)機(jī)分離。

4．瞬變干擾

瞬變是指持續(xù)時(shí)間小于5 ms的偏離浪涌或穩(wěn)態(tài)極限的高頻振蕩，通常由電抗性（無(wú)功）負(fù)載開(kāi)關(guān)引起。該操作經(jīng)常會(huì)產(chǎn)生一列瞬變，每一瞬變?cè)诓坏? μs的時(shí)間內(nèi)達(dá)到高振幅。單個(gè)瞬變持續(xù)時(shí)間一般小于50 μs，但是該瞬變可能需要幾毫秒才能衰減回到浪涌或穩(wěn)態(tài)極限。衰變通常由電抗性負(fù)載開(kāi)關(guān)引起，例如繼電器。

下面是車輛低壓電氣電子系統(tǒng)中常見(jiàn)的幾種典型瞬變干擾波形的解讀說(shuō)明。

1）尖峰脈沖

整車系統(tǒng)中存在大量開(kāi)關(guān)電源和PWM控制的負(fù)載，當(dāng)開(kāi)關(guān)進(jìn)行切換操作時(shí)，在電源網(wǎng)絡(luò)上由高頻電流波引起尖峰脈沖。車上切換頻率高的負(fù)載開(kāi)關(guān)操作經(jīng)常會(huì)產(chǎn)生一連串瞬變，此類瞬變會(huì)耦合至其他設(shè)備的電源線上形成傳導(dǎo)干擾。典型尖峰脈沖波形如圖2-4所示。

系統(tǒng)內(nèi)的電源線和地線中存在尖峰干擾信號(hào)，主要是電磁繼電器、可控硅元件、電磁閥等開(kāi)關(guān)器件開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)換和數(shù)字電路狀態(tài)翻轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生的。無(wú)論對(duì)模擬電路還是數(shù)字電路，其都有極強(qiáng)的干擾作用，例如經(jīng)常出現(xiàn)的計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)丟失和誤碼率大量增加。器件的尖峰干擾信號(hào)可以從器件手冊(cè)中查詢或根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)獲得，根據(jù)開(kāi)關(guān)器件和電路的電特性，如靈敏度、選擇性曲線、額定工作電壓和電流等，或根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)確定被分析對(duì)象的尖峰干擾敏感度、選擇性曲線、額定工作電壓和電流等。尖峰干擾模型可由下式確定：

Ir（f）＝Ie（f）-F（f, B）（dB）

式中：Ir（f）——接收尖峰干擾；

Ie（f）——發(fā)射尖峰干擾；

F（f, B）——濾波器對(duì)尖蜂干擾的衰減（也包括尖蜂信號(hào)傳輸電路的等效作用）。

濾波器對(duì)尖峰干擾的衰減取決于干擾頻率和帶寬。尖峰干擾頻譜很寬，如1 μs脈寬信號(hào)的頻譜寬度約為1 MHz，脈寬越窄，前沿越陡，頻譜越寬，這可能需要多級(jí)濾波器。另外，尖峰信號(hào)是時(shí)間域干擾，濾波器尚未反應(yīng)，干擾信號(hào)大部分能量已通過(guò)，因此對(duì)尖峰干擾信號(hào)的抑制決不能僅依賴濾波器。

2）點(diǎn)火開(kāi)關(guān)斷開(kāi)時(shí)的瞬態(tài)波形

由于線束電感的原因，與DUT并聯(lián)的裝置內(nèi)電流突然中斷會(huì)引起瞬態(tài)現(xiàn)象。圖2-5所示是直流電機(jī)充當(dāng)發(fā)電機(jī)，點(diǎn)火開(kāi)關(guān)斷開(kāi)時(shí)的瞬態(tài)現(xiàn)象及典型脈沖波形參數(shù)。

3）高功率負(fù)載引起的瞬態(tài)波形特征

由于裝甲車輛武器功能性能的要求，裝甲車輛安裝了大量感性和容性負(fù)載，如驅(qū)動(dòng)電機(jī)、大功率充/放電裝置等。這類設(shè)備工作時(shí)對(duì)電網(wǎng)的沖擊非常大，嚴(yán)重影響供電質(zhì)量。如某大型驅(qū)動(dòng)電機(jī)負(fù)載工作時(shí)，電網(wǎng)的紋波電壓高達(dá)上百伏，持續(xù)時(shí)間達(dá)到毫秒級(jí)，而且負(fù)載連續(xù)工作，電網(wǎng)周期性波動(dòng)，造成部分電子部件損壞，同樣對(duì)其他微電子設(shè)備也構(gòu)成嚴(yán)重威脅。圖2-6所示是典型設(shè)備工作時(shí)的電網(wǎng)波動(dòng)曲線。

4）起動(dòng)電機(jī)起動(dòng)過(guò)程中的電網(wǎng)暫降特征

電網(wǎng)暫降是指起動(dòng)電機(jī)起動(dòng)過(guò)程中，在起動(dòng)控制電路通電時(shí)產(chǎn)生的電源電壓的降低，其不包括起動(dòng)時(shí)的峰值電壓。電網(wǎng)暫降典型脈沖波形及參數(shù)如圖2-7所示。這時(shí)容易出現(xiàn)發(fā)電機(jī)起動(dòng)后馬上熄火現(xiàn)象。

5）拋負(fù)載瞬態(tài)干擾波形特征

圖2-8所示波形是模擬拋負(fù)載瞬態(tài)現(xiàn)象，即模擬在斷開(kāi)電池（虧電狀態(tài)）的同時(shí)，交流發(fā)電機(jī)正在產(chǎn)生充電電流，而發(fā)電機(jī)電路上仍有其他負(fù)載時(shí)產(chǎn)生的瞬態(tài)。拋負(fù)載的幅度取決于斷開(kāi)電池連接時(shí)，發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速和發(fā)電機(jī)勵(lì)磁場(chǎng)強(qiáng)的大小。拋負(fù)載脈沖寬度主要取決于勵(lì)磁電路的時(shí)間常數(shù)和脈沖幅度。大多數(shù)新型交流發(fā)電機(jī)內(nèi)部，拋負(fù)載幅度由于增加限幅二極管而受到抑制（箝位）。拋負(fù)載可能產(chǎn)生的原因?yàn)殡娎|腐蝕、接觸不良或發(fā)動(dòng)機(jī)正在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，有意斷開(kāi)與電池的連接。具有集中拋負(fù)載抑制的交流發(fā)電機(jī)，其干擾幅值較大，作用時(shí)間長(zhǎng)，容易干擾低壓控制器類設(shè)備，特別會(huì)對(duì)控制器電源模塊及TVS管造成永久損傷。

6）感性負(fù)載瞬變干擾特征

車輛各控制系統(tǒng)內(nèi)存在大量的感性負(fù)載，如各種電動(dòng)機(jī)和電磁閥等，其線圈在開(kāi)路瞬間都會(huì)成為一種寬頻譜、大能量的瞬變干擾源。

如圖2-9所示，當(dāng)繼電器觸點(diǎn)J打開(kāi)時(shí)，原負(fù)載RL上的電流被突然中斷，在電感兩端產(chǎn)生反向瞬變電壓UL＝-L（diL/dt），其峰值可達(dá)穩(wěn)態(tài)直流電壓UDC的幾十倍，并向線路的分布電容CP充電，形成R-L-CP串聯(lián)振蕩電路。顯然，這種瞬變脈沖不但具有浪涌性質(zhì)，而且具有豐富的諧波，可能引起電子控制系統(tǒng)的邏輯錯(cuò)誤。

7）各種觸點(diǎn)放電干擾源

裝甲車輛各控制系統(tǒng)內(nèi)分布有各種觸點(diǎn)，如開(kāi)關(guān)觸點(diǎn)、繼電器觸點(diǎn)、整流子電機(jī)的電刷與整流子間觸點(diǎn)等。這些觸點(diǎn)都是用來(lái)通斷電流的，但在其要開(kāi)未開(kāi)或要閉未閉的瞬間，其放電的能量密度通常可達(dá)到造成危害的程度。圖2-10所示為串激式直流電動(dòng)機(jī)的觸點(diǎn)測(cè)試電壓波形。

圖2-11所示為串激式直流電動(dòng)機(jī)的觸點(diǎn)干擾源等效電路及瞬變脈沖波形，其中觸點(diǎn)K指的是電刷與整流子間觸點(diǎn)。電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)時(shí)，觸點(diǎn)K不斷地接通和斷開(kāi)，電機(jī)繞組中的電流斷續(xù)變化，從而產(chǎn)生瞬變電流和電壓Ust。此瞬變電壓Ust反作用于電源支路，在電源引線電感LP和電容CP上形成陡峭的高頻振蕩沖擊電流ILP和電壓UCP。此脈沖電壓峰值可高達(dá)上千伏，衰減振蕩，振蕩頻率為0.1～500 MHz，初始脈沖的前沿只有幾納秒。這種火花放電和高頻振蕩不但產(chǎn)生輻射干擾，同時(shí)可通過(guò)電源線或信號(hào)線對(duì)其他電路產(chǎn)生傳導(dǎo)干擾。

8）靜電放電干擾

作為設(shè)備的外殼端口，任何暴露部分都可能發(fā)生靜電放電（ESD）。常見(jiàn)的情況是在鍵盤(pán)、控制部件、外界電纜等部位或在直接接觸的金屬構(gòu)件表面發(fā)生靜電放電。靜電向附近導(dǎo)體（可以是設(shè)備本身上的非接地金屬板）的放電產(chǎn)生很大的局部瞬態(tài)電流，這個(gè)電流通過(guò)電感或公共阻抗耦合到設(shè)備中產(chǎn)生感應(yīng)電流。

靜電放電產(chǎn)生幾十安培的納秒級(jí)瞬態(tài)電流，通過(guò)復(fù)雜的路徑經(jīng)過(guò)設(shè)備流到大地，它流過(guò)數(shù)字設(shè)備時(shí)，很可能使數(shù)字電路發(fā)生誤動(dòng)作。放電路徑在很大程度上是由雜散電容、機(jī)殼搭接和導(dǎo)線電感決定的。這些路徑一般是PCB地線的某些局部、寄生電容、外部設(shè)備或暴露的電路等，感應(yīng)的瞬態(tài)對(duì)地電位之差會(huì)導(dǎo)致電路的誤操作。靜電放電效應(yīng)會(huì)導(dǎo)致邏輯門(mén)中半導(dǎo)體器件、微處理器、場(chǎng)效應(yīng)管的毀損，電臺(tái)數(shù)據(jù)接收錯(cuò)誤，計(jì)算機(jī)癱瘓以及虛警。

2.2.3 裝甲車輛機(jī)動(dòng)性產(chǎn)生的無(wú)意干擾

裝甲車輛由于其機(jī)動(dòng)性產(chǎn)生的無(wú)意干擾，通常用“履帶摩擦靜電效應(yīng)”“機(jī)動(dòng)電磁干擾（Mobile Electro Magnetic Incompatibility, MEMIC）”“生銹螺栓效應(yīng)”表示。這三種干擾機(jī)理將干擾車載（機(jī)動(dòng)）通信裝備。它們是靜電效應(yīng)、電動(dòng)力學(xué)效應(yīng)和半導(dǎo)體效應(yīng)產(chǎn)生的結(jié)果。

1．履帶摩擦靜電效應(yīng)

靜電充電機(jī)理可使車輛在行駛中產(chǎn)生高電壓。車輛與大地之間的電勢(shì)差通過(guò)電荷累積而增大，直至足以激發(fā)出放電通路。當(dāng)充電速度快、放電通路足夠短時(shí)，會(huì)發(fā)生連續(xù)快速脈沖放電，導(dǎo)致在高頻/甚高頻無(wú)線電通信波段發(fā)生干擾輻射和/或感應(yīng)。值得關(guān)注的兩種充電機(jī)理是：

（1）摩擦靜電效應(yīng)通過(guò)不同材料間的摩擦產(chǎn)生電荷。其可發(fā)生在車體與行駛裝置之間，對(duì)于地面車輛，也可發(fā)生在輪胎或履帶板與地面之間。

（2）范德格拉夫效應(yīng)通過(guò)提供有效的電荷累積方法可以大大增強(qiáng)摩擦充電，尤其在干燥天氣條件下的履帶式車輛上。范德格拉夫效應(yīng)是裝甲車輛履帶摩擦靜電現(xiàn)象的主要原因。

注釋：通過(guò)保證履帶的電連續(xù)性和履帶板的充分導(dǎo)電來(lái)避免電荷累積，可泄放“履帶靜電”。可通過(guò)良好的履帶設(shè)計(jì)或常用導(dǎo)電化合物（例如石墨脂）實(shí)現(xiàn)。

履帶摩擦靜電效應(yīng)會(huì)導(dǎo)致邏輯門(mén)、微處理器、場(chǎng)效應(yīng)晶體管、無(wú)線電接收機(jī)半導(dǎo)體的損壞，也會(huì)導(dǎo)致計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)錯(cuò)誤或癱瘓，并啟動(dòng)假報(bào)警。

2．機(jī)動(dòng)電磁干擾

在強(qiáng)電磁場(chǎng)環(huán)境中，搭接不良的金屬結(jié)構(gòu)的振動(dòng)會(huì)導(dǎo)致電動(dòng)力學(xué)效應(yīng)，使車輛產(chǎn)生電磁不兼容性。車輛振動(dòng)不斷改變結(jié)構(gòu)的連通性，使電流連續(xù)發(fā)生變化，連通性的每次變化都會(huì)突然改變電磁場(chǎng)感應(yīng)的循環(huán)電流。射頻循環(huán)電流的連續(xù)突變會(huì)引起寬帶干擾，經(jīng)常在結(jié)構(gòu)電接觸點(diǎn)處由于振動(dòng)產(chǎn)生火花。

通過(guò)發(fā)射天線附近的電磁場(chǎng)，車輛金屬車體結(jié)構(gòu)中會(huì)產(chǎn)生循環(huán)射頻電流，這些射頻電流在車載發(fā)射天線附近最強(qiáng)。因此，車輛結(jié)構(gòu)連通性的變化會(huì)導(dǎo)致上述電磁不兼容性。

以坦克為例，當(dāng)金屬結(jié)構(gòu)搭接不良時(shí)，例如發(fā)動(dòng)機(jī)艙蓋、防火箭彈裝甲板、炮塔安裝的金屬裝載吊籃、備用履帶節(jié)和牽引鋼索，車輛連通性最有可能發(fā)生突變，使結(jié)構(gòu)的電連續(xù)性破壞。

連通性變化可能是偶發(fā)性的，由隔離行為（例如打開(kāi)艙蓋或改變外部裝載）引起，或是連續(xù)性的，由車載設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)或車輛在崎嶇地形行駛引起。

連通性的每次突變會(huì)導(dǎo)致瞬時(shí)突發(fā)的寬帶射頻干擾輻射。孤立突發(fā)干擾可能沒(méi)有破壞性，但是連通性的連續(xù)變化會(huì)產(chǎn)生持續(xù)高電平射頻干擾，從而嚴(yán)重削弱鄰近無(wú)線電接收機(jī)的效果。

機(jī)動(dòng)電磁干擾只能通過(guò)消除由振動(dòng)引起的連通性變化來(lái)避免。外部金屬部件在振動(dòng)時(shí)會(huì)接觸和/或分開(kāi)，這就要求它們或者搭接起來(lái)，從而不會(huì)分離，或者彼此隔離，從而不會(huì)接觸。

3．生銹螺栓效應(yīng)（半導(dǎo)體效應(yīng)）

結(jié)構(gòu)中不同金屬之間的電蝕有時(shí)會(huì)形成一個(gè)非線性阻抗區(qū)，表現(xiàn)出不良二極管整流特性，導(dǎo)致在這樣的結(jié)構(gòu)上產(chǎn)生寬頻帶亂真信號(hào)。

如果具有這種不良二極管整流特性的結(jié)構(gòu)處于鄰近位置或車載發(fā)射機(jī)電磁場(chǎng)時(shí)，會(huì)感生射頻電流，射頻電流會(huì)流經(jīng)該結(jié)構(gòu)，并在輻射波的諧波頻率下產(chǎn)生電流。這些諧波電流輻射會(huì)產(chǎn)生亂真離散信號(hào)。如果不止一個(gè)傳輸信號(hào)輻射結(jié)構(gòu)，那么將會(huì)產(chǎn)生每個(gè)輻射傳輸信號(hào)的諧波以及很多互調(diào)制分量。這些有害信號(hào)可能存在于寬頻帶上。該現(xiàn)象稱為“生銹螺栓效應(yīng)”。

當(dāng)很多地方發(fā)生腐蝕時(shí)，生銹螺栓效應(yīng)可能是最麻煩的，例如在腐蝕環(huán)境中使用的裝有大功率發(fā)射機(jī)和靈敏接收機(jī)的復(fù)雜的栓接/鉚接結(jié)構(gòu)。需要注意，當(dāng)發(fā)射機(jī)/接收機(jī)總成鄰近這種結(jié)構(gòu)時(shí)，那么也可能存在生銹螺栓效應(yīng)。

通過(guò)定期檢查和維護(hù)來(lái)防止腐蝕，從而可以避免生銹螺栓效應(yīng)。但當(dāng)發(fā)射機(jī)/接收機(jī)總成靠近復(fù)雜的栓接/鉚接結(jié)構(gòu)時(shí)，例如金屬結(jié)構(gòu)的艙室，必須小心。兩棲車輛需要特別關(guān)注這種現(xiàn)象。

2.2.4 混合動(dòng)力系統(tǒng)產(chǎn)生的無(wú)意干擾

隨著裝甲車輛機(jī)動(dòng)性、續(xù)航能力和戰(zhàn)斗力提升的需求，混合動(dòng)力車輛成為重要的發(fā)展方向之一。混合動(dòng)力車輛是指動(dòng)力系統(tǒng)由兩個(gè)或多個(gè)能同時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn)的單個(gè)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)聯(lián)合組成的車輛，車輛的行駛功率可由多個(gè)動(dòng)力源共同提供。

2.2.4.1 混合動(dòng)力系統(tǒng)干擾源

混合動(dòng)力系統(tǒng)干擾源主要包括：電網(wǎng)的負(fù)載突變（供電干擾）；功率轉(zhuǎn)換電路的高頻開(kāi)關(guān)器件快速通斷形成大脈沖電流而引起的電磁干擾；系統(tǒng)內(nèi)部的強(qiáng)電元件，如電動(dòng)機(jī)等感性負(fù)載造成的強(qiáng)電干擾；由連續(xù)波等干擾源造成的空間輻射干擾。變頻器數(shù)字電路受電路結(jié)構(gòu)、內(nèi)部連接線及工作過(guò)程特點(diǎn)等的影響，也會(huì)產(chǎn)生許多高頻干擾。例如，一定寬度和極性的PWM控制信號(hào)是具有陡變沿的脈沖信號(hào)，會(huì)產(chǎn)生很強(qiáng)的電磁干擾，輸出電流將以線束發(fā)射的方式輻射能量。

1．電網(wǎng)負(fù)載對(duì)混合動(dòng)力系統(tǒng)的干擾

電源系統(tǒng)對(duì)變頻器的干擾主要表現(xiàn)為過(guò)壓、欠壓、瞬時(shí)掉電、浪涌、跌落、尖峰電壓脈沖、射頻干擾等。例如，在大功率用電設(shè)備上電或關(guān)斷的暫態(tài)過(guò)程中，車內(nèi)電網(wǎng)電壓有可能出現(xiàn)很高的峰值，其結(jié)果可能是使變頻器的整流二極管因承受過(guò)高的反向電壓而擊穿。

2．混合動(dòng)力系統(tǒng)的共模干擾

由共地阻抗或電磁場(chǎng)引起的共模干擾通過(guò)變頻器的控制信號(hào)線能形成環(huán)路干擾，這也會(huì)干擾變頻器的正常工作。圖2-12所示為電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)共模電磁干擾分解示意，其中：

（1）環(huán)路1中電流為ICM,Cable，其面積最小，它是經(jīng)過(guò)線纜內(nèi)部寄生電容的共模電流，從電機(jī)連接線纜和屏蔽線返回變頻器的輸出端；

（2）環(huán)路2中電流為IShield，包含了電機(jī)中的絕大部分共模電流，經(jīng)由電機(jī)繞組電容流經(jīng)變頻器和電機(jī)定子間的屏蔽線纜返回變頻器接地機(jī)殼；

（3）環(huán)路3中電流為ICM,C，它也是電機(jī)共模電流的一部分，經(jīng)過(guò)變頻器和電機(jī)間的共同地連接（而不是電機(jī)屏蔽線）返回變頻器，其中電機(jī)及變頻器與保護(hù)地（PE）的電阻分別為ZPE,M和ZPE,C；

（4）環(huán)路4中電流為ICM,Cin，它是最大的共模電流環(huán)路。其他的電機(jī)共模電流都經(jīng)過(guò)電網(wǎng)阻抗ZPE,G流到電網(wǎng)中。

高頻的共模電壓作用在電機(jī)上，由于電機(jī)內(nèi)部存在高頻寄生電容耦合作用，在電機(jī)轉(zhuǎn)軸上會(huì)耦合出軸電壓，如果電機(jī)沒(méi)有接地或接地不良，就會(huì)發(fā)生電擊事故。另外，當(dāng)軸承座圈和滾珠接觸時(shí)，干擾產(chǎn)生電容放電性電流——軸承電流會(huì)擊穿油膜，產(chǎn)生較大的放電電流，使軸承座圈局部溫度迅速升高，導(dǎo)致軸承座圈上產(chǎn)生熔化性凹點(diǎn)，最終產(chǎn)生凹槽，增大了軸承的機(jī)械磨損，縮短了機(jī)械壽命。

3．混合動(dòng)力系統(tǒng)的諧波干擾

在交流輸入側(cè)，變頻器的整流電路對(duì)電網(wǎng)來(lái)說(shuō)是非線性負(fù)載，能產(chǎn)生功率較大的高次諧波，使輸入的電壓波形和電流波形發(fā)生畸變。對(duì)于采用SPWM技術(shù)的電壓型變頻器，其輸入電壓主波形為正弦波，但電流波形為非正弦波。如不采取措施，變頻器將把產(chǎn)生的高次諧波通過(guò)配電網(wǎng)絡(luò)傳導(dǎo)給系統(tǒng)中的其他設(shè)備。由于其功率較大，對(duì)同一系統(tǒng)的其他電氣、電子設(shè)備干擾性較強(qiáng)，嚴(yán)重時(shí)將引起電力公害。

在變頻器的輸出交流電纜上測(cè)試時(shí)，電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)側(cè)的干擾量值全頻段抬高，形成嚴(yán)重的寬帶干擾，監(jiān)測(cè)的時(shí)域波形如圖2-13所示。可以看出，在PWM調(diào)制的波形中明顯存在上升沿微秒級(jí)尖峰電壓。

在輸出側(cè)，變頻器的輸出電壓和輸出電流均有高次諧波，對(duì)電壓及電流波形進(jìn)行傅里葉分解可獲得各次諧波的含量。對(duì)于采用SPWM技術(shù)的電壓型變頻器，其輸出線電壓是正弦脈寬、幅值相等的窄矩形波，有電壓尖刺，電壓梯度很大，包含多種高次諧波，其等效后的線電壓是連續(xù)的矩形波，但三相的相電壓是階梯波。

4．變頻器產(chǎn)生的高頻干擾分析

變頻器數(shù)字電路受電路結(jié)構(gòu)、內(nèi)部連接線及工作過(guò)程特點(diǎn)等的影響，也會(huì)產(chǎn)生許多高頻干擾。例如，一定寬度和極性的PWM控制信號(hào)是具有陡變沿的脈沖信號(hào)，會(huì)產(chǎn)生很強(qiáng)的電磁干擾，尤其是輸出電流，它們將以各種方式把自己的能量傳播出去。高次諧波電流不但對(duì)負(fù)載產(chǎn)生直接干擾，而且通過(guò)電纜產(chǎn)生空間電磁輻射，干擾鄰近的電氣、電子設(shè)備。變頻器輸出電壓波形的開(kāi)關(guān)翼部通過(guò)存在于電機(jī)電纜和電機(jī)內(nèi)部的寄生電容對(duì)地產(chǎn)生一個(gè)高頻脈沖噪聲電流，該噪聲電流所造成的電壓降將影響同一電網(wǎng)的其他電氣設(shè)備。另外，混合動(dòng)力系統(tǒng)、高壓供配電系統(tǒng)中接觸器、電抗器等的大電感線圈及其引線的開(kāi)合將產(chǎn)生較高的過(guò)電壓。

2.2.4.2 多路徑干擾耦合

混合動(dòng)力系統(tǒng)具有多路徑干擾耦合的特點(diǎn)，形成的干擾分為輻射干擾和傳導(dǎo)干擾。車內(nèi)有多個(gè)電機(jī)控制器及電機(jī)，其機(jī)殼均采用金屬制成，從而削弱了輻射干擾。傳導(dǎo)噪聲通過(guò)連接控制器信號(hào)線及連接負(fù)載的電源線進(jìn)行傳導(dǎo)發(fā)射，因此混合動(dòng)力系統(tǒng)中變頻控制器連接的線束是產(chǎn)生傳導(dǎo)發(fā)射的主要因素。

耦合是指電路與電路之間電或磁的聯(lián)系，即一個(gè)電路的電壓或電流通過(guò)耦合，使另一個(gè)電路產(chǎn)生相應(yīng)的電壓或電流。耦合起著將電磁能量從一個(gè)電路傳輸?shù)搅硪粋€(gè)電路的作用。一般電磁干擾的耦合途徑有傳導(dǎo)耦合（直接耦合和共阻抗耦合）、感應(yīng)耦合和輻射耦合。

1．傳導(dǎo)耦合

在混合動(dòng)力系統(tǒng)中，電磁干擾除了通過(guò)與其相連的導(dǎo)線（如電源線、信號(hào)線和接地線）進(jìn)行直接耦合之外，還可以通過(guò)共阻抗耦合干擾其他電路。

2．感應(yīng)耦合

在干擾源的頻率較低時(shí)，其電磁波輻射能力有限。此時(shí)，干擾源的電磁干擾能量可以使不與干擾源直接相連的鄰近的導(dǎo)線或?qū)w中產(chǎn)生感應(yīng)電壓或電流，形成感應(yīng)耦合。在混合動(dòng)力系統(tǒng)中，感應(yīng)耦合主要表現(xiàn)為鄰近導(dǎo)體間的電感耦合或電容耦合或兼而有之，這與干擾源的頻率以及相鄰導(dǎo)體間的距離等因素有關(guān)。

3．輻射耦合

干擾源的電磁輻射能力取決于干擾源的頻率、電流強(qiáng)度以及裝置的等效輻射阻抗。耦合輻射以電磁波方式向空中輻射，這是高次諧波分量的主要傳播方式。

在混合動(dòng)力系統(tǒng)中，當(dāng)采用PWM技術(shù)的逆變橋根據(jù)給定頻率和幅值指令產(chǎn)生預(yù)期和重復(fù)的開(kāi)關(guān)動(dòng)作時(shí)，輸出電壓和電流的功率譜是離散的，并且?guī)в信c開(kāi)關(guān)頻率相應(yīng)的高次諧波。因此，高載波頻率和場(chǎng)控開(kāi)關(guān)器件的高速切換將引起嚴(yán)重的輻射干擾。混合動(dòng)力系統(tǒng)中電磁干擾的耦合途徑如圖2-14所示。

2.2.4.3 系統(tǒng)的敏感特征

在混合動(dòng)力系統(tǒng)中，各個(gè)電子部件、元器件都可能成為被干擾的敏感單元。但只有當(dāng)干擾源的信號(hào)超過(guò)了電子部件容許的范圍并且干擾源的信號(hào)頻率可以被電子部件響應(yīng)時(shí)干擾才能發(fā)生。干擾源產(chǎn)生的共模電壓激勵(lì)系統(tǒng)中存在的雜散電容和寄生耦合電容，形成共模電流。共模電流通過(guò)定子繞組和接地機(jī)殼間的耦合形成漏電流，該漏電流會(huì)引起保護(hù)接地繼電器的誤動(dòng)作。漏電流通過(guò)地流回電網(wǎng)從而產(chǎn)生足夠大的共模電磁干擾。由于高次諧波電流干擾功率較強(qiáng)，產(chǎn)生的諧波干擾通過(guò)電纜會(huì)對(duì)同一系統(tǒng)中的其他電氣、電子設(shè)備產(chǎn)生較強(qiáng)影響，引起附近敏感設(shè)備的誤動(dòng)作。