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10-2016

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Fachzeitschrift für Hochfrequenz- und Mikrowellentechnik

EMV Elektromagnetische

EMV Elektromagnetische Feldstärkesimulation mit MEFiSTo-2D Classic Simulation der Felder eines zweikanaligen Kompensationsstromsensors, Teil 1 Bild 1: Aufbau des Simulationsmodells unter MEFiSTo-2D Classic schen Antriebsstrang erheblich größer. In elektrisch angetriebenen Kraftfahrzeugen kommen Batterien mit Nennspannungen von 400 V und mehr zum Einsatz. Abhängig von der Art des Antriebs werden der Batterie Ströme von mehreren 100 A entnommen. Dabei entstehen starke Magnetfelder um die Leitungen des Hochvoltbordnetzes herum, welche die Bordelektronik empfindlich stören können [1]. Der Motor in einem Elektrofahrzeug wird mit einer dreiphasigen Wechselspannung betrieben. Um die Gleichspannung der Hochvoltbatterie in eine Dreiphasenwechselspannung umzuwandeln, kommt ein Frequenzumrichter zum Einsatz. Christian Hübner, Frank Gräbner, Ass.Prof.(BG) Dr.-Ing. IMG Electronic & Power Systems GmbH www.img-nordhausen.de Abstract In der Elektromobilität kommt der elektromagnetischen Verträglichkeit eine wesentliche Bedeutung zu, weil die dort verwendeten elektronischen Komponenten hohen elektromagnetischen Einflüssen ausgesetzt sind. Damit die empfindlichen elektronischen Komponenten fehlerfrei arbeiten können, müssen bei der Konstruktion von Elektroautos von Anfang an Aspekte der elektromagnetischen Verträglichkeit berücksichtigt werden. Aus diesem Grund wurde mit Hilfe eines zweidimensionalen Feldsimulationsprogrammes untersucht, wo sich der beste Einbauort für einen Stromsensor in einem Elektrofahrzeug befindet. Dazu wurde ein Modell eines Elelektrofahrzeuges erstellt, mit welchem die elektromagnetischen Einflüsse auf unterschiedliche Einbauorte sowie verschiedene Gehäuseformen des Stromsensors simuliert wurden. Auf diese Weise konnte eine Vielzahl von Simulationsergebnissen gewonnen werden, von denen nur einige dargestellt worden sind. Bei der Auswertung der Ergebnisse zeigte sich, dass die anfänglich aufgestellte These, dass der Stromsensor räumlich möglichst weit entfernt von einer potenziellen Störquelle angebracht sein muss um geringen elektromagnetischen Störeinflüssen ausgesetzt zu sein, nicht zutraf. In einer abschließenden Betrachtung wurden Schwierigkeiten bei der Modellerzeugung und Schwächen der Simulationssoftware diskutiert. Einleitung Das Ziel der vorliegenden Untersuchung bestand darin, den optimalen Einbauort eines Stromsensors in ein Elektrofahrzeug, unter den Gesichtspunkten der elektromagnetischen Verträglichkeit, herauszufinden. Um eine hohe Störfestigkeit und damit verbunden eine große Messgenauigkeit des Stromsensors zu erreichen, müssen elektromagnetische Störeinflüsse nach Möglichkeit gering gehalten werden. Im Gegensatz zu dem durch einen Verbrennungsmotor angetriebenen herkömmlichen Kraftfahrzeug, ist das elektromagnetische Störpotenzial in Fahrzeugen mit einem elektri- Damit der Frequenzumrichter eine möglichst sinusförmige Ausgangsspannung bei gleichzeitig kleinen Glättungsspulen liefert, sind hohe Schaltfrequenzen von über 10 kHz notwendig. Gleichzeitig soll der Wirkungsgrad des elektrischen Antriebs groß sein, um eine hohe Reichweite des Elektrofahrzeugs zu erzielen. Dazu muss die Verlustleistung des Frequenz umrichters gering gehalten werden. Dies wird mit möglichst kurzen Schaltzeiten der Leistungshalbleiterbauelemente im Frequenzumrichter erreicht. Dabei entstehen aber steile Schaltflanken, die sich aus hochfrequenten Spektralanteilen zusammensetzen. Diese werden bei einer entsprechenden Leitungslänge sowie ungenügender Schirmung als elektromagnetische Felder von den Hochvoltkabeln abgestrahlt oder breiten sich als Transienten leitungsgebunden aus [2]. Eine weitere Störquelle im Elektrokraftfahrzeug ist der DC/DC- Wandler, der das Hochvoltbordnetz mit dem 12-V-Bordnetz verbindet und nach dem gleichen Prinzip wie der Frequenzumrichter arbeitet. Des Weiteren 10 hf-praxis 10/2016

OVERCOME YOUR TOUGHEST RF CHALLENGES AND ACCELERATE SPEED TO MARKET. Market-leading transceiver technologies, development kits, tools and tutorials, chip evaluation testing, deep technical and market insight: ADI’s RadioVerse design environment gives you everything you need to solve the toughest RF challenges, reduce development time, and bring bold ideas to life. RadioVerse: THE RF DESIGN ENVIRONMENT #RadioVerse TAKE A BOLD, NEW APPROACH TO RF DESIGN analog.com/RADIOVERSE

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