Electromagnetic interference | Báo cáo môn: Hệ thống điện – điện tử ô tô Trường đại học sư phạm kỹ thuật TP. Hồ Chí Minh

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HỒ CHÍ MINH Báo cáo môn:
HỆ THỐNG ĐIỆN – ĐIỆN TỬ Ô TÔ ĐỀ TÀI :
Electromagnetic inteference
(Sự nhiễu sóng điện từ)
GVHD : Đỗ Văn Dũng Lớp : AEES330233_22_1_08CLC
( T4 Tiết 13, 14, 1 ) 5
Sinh viên thực hiện :
Nguyễn Lê Anh Tuấn – 20145648 TP.HCM – 2022
[Lớp AEES330233_22_1_08CLC]
MỤC LỤC Nội dung T rang
1. Tổng quan về sự nhiễu sóng điện từ ................................................................... - 2 -
2. Nhiễu sóng điện từ trên xe động cơ đốt trong .................................................... - 2 -
3. Nhiễu sóng điện từ trên xe điện, xe sử dụng động cơ lai (hybrid) ..................... - 7 -
4. Kết Luận ............................................................................................................. - 8 - - 1 -
[Lớp AEES330233_22_1_08CLC]
Electromagnetic inteference S
– ự nhiễu sóng điện từ
1. Tổng quan về sự nhiễu sóng điện từ
Hiện nay, các nhà sản xuất ô tô đang phát triển các mẫu xe ô tô đời mới theo hướng
điện – điện tử hóa, cũng như là sự phát triển và đang thịnh hành của các mẫu xe điện,
xe tự lái. Điều đó phần nào đem lại trải nghiệm tốt hơn cho người dùng cũng như là
ngày càng thân thiện với môi trường hơn. Tuy nhiên, các nhà sản xuất cũng như nhà
phát triển phải đối mặt với một thử thách lớn đó là sự ô nhiễm sóng điện từ. Khi các
bộ phận, chi tiết sử dụng điện trên xe ô tô hoạt động sẽ tạo ra một lượng sóng điện từ
ngoài ý muốn. Khi mà càng ngày càng có nhiều chi tiết trên xe thậm chí cả chiếc xe hoạt động bằn
g điện có điện áp cao. Cũng như là các sóng vô tuyến phát ra từ các
thiết bị điện tử cũng như là thiết bị điện xung quanh ta. Điều đó sẽ gây rối loạn tín
hiệu cho các bộ phận thu nhận điện tử trên xe qua đó sẽ gây ra sự hoạt động mất ổn định.
2. Nhiễu sóng điện từ trên xe động cơ đốt trong
Với những chiếc xe động cơ đốt trong, phần lớn các hoạt động đơn giản của bản thân
chiếc xe cũng gây ra sự nhiễu sóng điện từ chẳng hạn như hệ thống đánh lửa và hệ
thống khởi động, quạt gió, cũng như là các cảm biến và rờ-le, đặc biệt bây giờ còn có
cả là sạc không dây và kết nối không dây. Những sự gây nhiễu từ các bộ p ậ h n này có
thể làm ảnh hưởng đến các thiết bị sử dụng sóng điện từ thậm chí vài trăm mét tính từ
chiếc xe. Kể cả các sóng radio vô tuyến và những sóng phát ra từ đài phát thanh xung
quanh ta, cũng như là từ các thiết bị điện tử. Những tín hiệu gây nhiễu này có thể
truyền qua các vật liệu cách điện dưới dạng sụt áp trên tấm kim loại và điện trở chì
hoặc là bằng sóng cảm ứng. Sự tồn tại các dòng sóng cảm ứng song song không
mong muốn này dẫn tới sự thay đổi của dòng điện trong hệ t ố h ng do đó ảnh hưởng
đến các thiết bị điện tử làm dẫn đến các hoạt động sai lệch không mong muốn thậm
chí là gây hư hỏng các thiết bị điện tử.
Bởi vì sự ảnh hưởng đến hệ thống điện trên xe mà cần lưu ý rằng các hệ t ố h ng bình
ắc quy cũng như là các thiết bị sử dụng điện trên xe cần một dòng điện ổn định. Sự đột biến về đ ệ
i n này có thể gây hư hỏng cho hệ thống điện trên xe. Vì vậy nên các hệ
thống bổ sung được sử dụng thường xuyên hơn để bảo vệ hệ thống điện trên xe.
Chẳng hạn như là hệ thống chống nhiễu điện từ bảo vệ hệ thống. Để giảm mức cường
độ giao thoa điện từ có tính chất liên tục, phát sinh trong hệ t ố
h ng điện của xe, người
ta sử dụng các biện pháp ngăn chặn bức xạ của nhiễu điện từ dọc theo dây dẫn. Bức
xạ của giao thoa điện từ có thể được giảm bớt bằng cách che chắn. Điều kiện để biện
pháp bảo vệ này có hiệu quả là kết nối điện giữa tấm chắn kim loại bao quanh nguồn
nhiễu điện từ và của một chiếc xe phải tốt. Tụ điện, cuộn cảm và bộ lọc LC được
dùng cho các dòng điện có điện áp thấp, để làm giảm mức độ nh ễ i u sóng điện từ vô
tuyến ở tần số sóng dài và dải tần số sóng trung bình ta dùng cách đấu 1 tụ điện song
song với nguồn giao thoa điện từ như hình sau: - 2 -
[Lớp AEES330233_22_1_08CLC]
a – 1 tụ điện mắc song song
b – 1 tụ điện làm ngắn tín hiệu AC xuống đất bypass c – lọc xuyên thấu d – cuộn cảm
e – 1 bộ lọc LC đơn giản
f – bộ lọc LC hiệu quả cao
Bằng cách thông qua các tụ điện, cho dẫn dòng điện cao khoảng lên đến 60A có thể
giúp triệt tiêu tốt nhiễu điện từ ở tần số cao thậm chí còn cao hơn cả tần số FM .
Cuộn cảm thì được sử dụng để cải thiện hiệu quả của việc triệt tiêu sóng trong phạm
vi của sóng UHF ( dải sóng có tần số vô tuyến cao khoảng 300MHz tới 3GHz ). Việc
bao gồm 1 cuộn cảm trong dây nguồn của thiết bị điện giúp ngăn cản nhiễu điện từ
xuất phát từ nguồn điện. Trong các trường hợp khác, người ta lại sử dụng bộ lọc LC
và tấm chắn. Một giải pháp như vậy có thể hoàn toàn hiệu quả chỉ khi các điện trở
triệt tiêu chúng ở càng gần nguồn gây nhiễu càng tốt, ví dụ như trong bugi hoặc các dây cao áp.
Một bugi có thể được mô tả như một tụ điện làm bằng thân kim loại được phân chia
bởi một chất cách điện và một điện cực bên trong ( hình 2a ). Sau khi đặt một điện trở
vào vị trí của điện cực trung tâm, mạch tương đương ( được trình bày bằng hình 2b ).
Vị trí của điện trở gần bugi hơn làm giảm sự chiếm diện tích không gian trong hệ
thống. Hơn một nửa năng lượng được lưu trữ trong bugi buộc phải đi qua điện trở R.
Điều này làm giảm biên độ của xung dòng điện trong pha phóng điện dung của tia lửa
điện. Hệ thống đánh lửa với đầu vào có trở kháng thấp hơn thì nhạy hơn với việc kháng triệt tiêu. - 3 -
[Lớp AEES330233_22_1_08CLC]
Hình 2: a- cấu tạo và hoạt động của 1 bugi bình thường
b- cấu tạo và hoạt động của 1 bugi tích hợp điện trở triệt tiêu.
Phép đo nhiễu điện từ vô tuyến bắt nguồn từ hệ t ố
h ng đánh lửa được thực hiện với
tốc độ thay đổi của hệ thống đánh lửa ảnh hưởng đến băng thử nghe nhìn. Các mức
nhiễu điện từ trong một chức năng của tốc độ quay của thiết bị đánh lửa được trình
bày bằng hình 8. Phép đo dòng điện và điện áp do máy phát điện tạo ra và phép đo
nhiễu điện từ do hoạt động được thực hiện với máy phát điện xoay chiều tốc độ thay
đổi. Kết quả đo được thể hiện trên hình 9 và hình 10. Phép đo dòng điện và điện áp
tiêu thụ được thực hiện bằng cách thay đổi dung lượng. Các kết quả đo cường độ
dòng điện và công suất tiêu thụ được trình bày bằng Hình 11 và Hình 12. - 4 -
[Lớp AEES330233_22_1_08CLC]
Hình 8. Mức độ nhiễu điện từ theo tốc độ quay của thiết bị đánh lửa
Hình 9. Cường độ dòng điện trong mỗi tốc độ quay của máy phát điện
Hình 10. Điện áp trong mỗi tốc độ quay của máy phát điện - 5 -
[Lớp AEES330233_22_1_08CLC]
Hình 11. Cường độ dòng điện tương ứng với mức âm lượng thu được ở thiết bị đo nghe nhìn
Hình 12. Công suất ở các mức âm lượng đo được ở thiết bị đo nghe nhìn
Việc phân tích các kết quả thử nghiệm cũng như quan sát trên thiết bị đo nghe nhìn
cho thấy rằng mặc dù vượt quá giá trị của nhiễu điện từ vô tuyến, hoạt động của màn
hình và bộ khuếch đại đã không bị xáo trộn bởi hoạt động của hệ thống đánh lửa và
máy phát điện và các nhiễu sóng k á
h c . Dòng điện trên bánh răng trung tính 37 A
được ghi lại khi đề khởi động máy hoạt động, trong khi dòng điện 295 A được ghi lại
trong quá trình hãm mômen, tại đó điện áp giảm tạm thời tại băng thử nghiệm. Các
phép đo dòng điện và điện áp của máy phát điện ở tốc độ thay đổi lên đến 2600 vòng
/ phút cho thấy mức giao thoa điện từ là 30 μV / m. - 6 -
[Lớp AEES330233_22_1_08CLC]
 Qua đó cho chúng ta thấy có thể sử dụng các bộ lọc nhiễu LC, cuộn, tụ làm
ngắn tín hiệu nhiễu bypass có lợi rất lớn trong xe sử dụng động cơ đốt trong hiện nay.
3. Nhiễu sóng điện từ trên xe điện, xe sử dụng động cơ lai (hybrid)
Trong những năm gần đây và sắp tới, việc sử dụng rộng rãi của xe điện và xe động cơ
lai (hybrid) sẽ làm sản sinh ra một loại nhiễu sóng mới trên đường. Các l ạ o i xe động
cơ đốt trong hiện nay thường tạo ra hai loại chính là nhiễu điện từ (EMI): hệ thống
đánh lửa, các motor đ ệ
i n và công tắc tạo ra nhiễu sóng băng thông rộng và các thiết
bị điện tử tạo ra nhiễu băng hẹp. Xe điện sử dụng thiết bị điện tử có công suất cao để
điều khiển động cơ điện tạo ra nhiễu sóng tần số thấp ở mức cao. Trong ô tô hybrid,
có sự phát nhiễu mới này và còn có thêm vào là sự phát nhiễu của hệ thống đánh lửa . Xe điện được g ớ
i i thiệu như một thiết bị mới trong mạng lưới điện và vì các đặc
điểm liên quan và sự sử dụng điện áp cao, các cân nhắc đặc biệt phải được tính đến
về nhiễu sóng được tạo ra từ các động cơ điện công suất cao này. N ữ h ng tiêu chuẩn
và thử nghiệm mới phải được thực hiện để kiểm soát được nguồn nhiễu sóng mới này.
Các tiêu chuẩn và nhà thử nghiệm chuyên về tương thích điện từ hiện đang tập trung
để đo lường động cơ đốt trong và một số sửa đổi phải được thực hiện để áp dụng cho
các loại xe điện / hybrid. Một số sáng kiến đang được phát triển trong các ủy ban và
cơ quan khác nhau để xác định những thay đổi thích hợp. Trong công việc này, sau
khi thực hiện một số các phép đo nhiễu điện từ của hai chiếc xe hơi và xe buýt được
xác định ở trên, một số cải tiến đề xuất được liệt kê dưới đây:
- Các tiêu chuẩn và thiết lập kiểm tra phải bao gồm các tần số thấp nơi nhiễu điện từ
được tạo ra. Từ trường ở các tần số t ấ
h p đến 100 kHz phải được giới hạn. Ở dải tần
số đó, chỉ có điện trường hiện được đo trong ô tô có vấn đề nhưng vì dòng điện tham
gia vào động cơ điện nên từ trường cũng rất quan trọng. Hơn nữa, các phép đo liên
quan đến an toàn cá nhân đối với từ trường cũng được khuyến khích trong xe điện công suất cao.
- Các phương tiện chạy bằng điện phân chia mạng lưới ô tô và mạng lưới điện trong
nước, thương mại và môi trường công nghiệp (hoạt động sạc một pha công suất thấp
nhưng cũng có công suất cao ba pha đã và đang được lên kế h ạ o ch và thực hiện). Kể
từ bây giờ, chiếc xe phải được coi như một thiết bị khác được kết nối với mạng lưới
điện. Các tiêu chuẩn phải giải quyết vấn đề này, phải xác định các tham số đo được
và các giới hạn phải được áp dụng. Thông tin chi tiết, chẳng hạn như chế độ hoạt
động nào được cho phép trong quá trình sạc. Ví dụ, nếu điều hòa không khí điện
được cho phép trong quá trình sạc hoạt động, công suất liên quan và mức nhiễu điện từ sẽ lớn hơn.
- Nếu các mức về tiêu chuẩn điện từ được đòi hỏi (như hiện nay xảy ra với tiêu chuẩn
CISRP 25 được sử dụng trên toàn thế g ới
i ), phương pháp thử nghiệm mới phải được
thực hiện trong mạng cao áp. Mạng ổn định trở kháng dòng mới ( LISN) có thể ổn
định được nhiễu điện từ với dòng điện 300 V hoặc lớn hơn thì cực kì cần thiết. Các
đầu dò hiện tại là một giải pháp cho các phép đo điện áp cao LISN đó. - 7 -
[Lớp AEES330233_22_1_08CLC]
- Một số chi tiết phải được giải quyết trong việc thiết lập thử nghiệm. Một mối quan tâm chính là về h ạ
o t động của xe khi đo nhiễu điện từ. Đến nay, động cơ đốt trong xe
đã được đo bên trong các buồng kín tại các vị trí thoáng vì hệ t ố h ng đánh lửa là
nguồn nhiễu điện từ băng thông rộng và đặc biệt là không cần xe phải chuyển động
để đo mức phát nhiễu điện từ tối đa. Bây giờ, điện xe không có chế độ không tải
giống xe động cơ đốt trong. Biến tần điện, động cơ điện và bánh xe phải đang hoạt
động và dưới tải khi đo điện từ phát ra. Động kế khung xe hiện đang được sử dụng
trong bài kiểm tra xe không còn hữu ích để đo nhiễu điện từ vì chúng bản thân chúng
trở thành một nguồn phát ra điện từ. Hình dưới đây hiển thị nhiễu điện từ khi đang
hoạt động ở tốc độ 60km/h của xe điện. Đường màu đỏ hiển thị Giới hạn của tiêu
chuẩn nhiễu điện từ của Châu Âu đối với điện từ không mong muốn được sinh ra.
Mức nhiễu điện từ được tạo ra lớn hơn mức giới hạn hiện tại được nêu trong tiêu
chuẩn. Khi bộ mô tơ điện hoạt động, xe bắt đầu có tải, lượng nh ễ i u điện từ còn lớn hơn.
Nhiễu sóng phát ra trên xe điện và đường tiêu chuẩn nhiễu sóng của Châu Âu
- Sự quá nhiễu điện từ là một vấn đề mới cần được giải quyết trên ô tô điện. Tín hiệu
điện xung biến tần, ô tô bắt đầu chuyển động, phanh phục hồi hoặc kết nối sạc pin tạo
ra tín hiệu chuyển tiếp trong xe có thể tạo ra nhiễu xạ có thể làm đảo lộn các thiết bị
không dây hoạt động bên trong và bên ngoài xe. 4. Kết Luận
=> Xe hybrid / xe điện mới tạo ra các vấn đề về sự nh ễ
i u điện từ mới phải được giải
quyết để thực hiện đúng các tiêu chuẩn về môi trường điện từ của thế g ới i cũng như
là trong thời gian tới có thể Việt Nam sẽ áp dụng. Các tiêu chuẩn, phương pháp thử
nghiệm và nhà thử nghiệm phải được liên tục cập nhật đổi mới để kiểm soát các tần
số điện từ phát ra từ động cơ điện và thiết bị điện tử công suất cao. Khi mà càng ngày
càng có nhiều công ty lớn như Waymo, Cruise, GM (General Motor), Uber, Tesla,….
Đều đang phát triển xe điện và xe tự lái, nhiều trung tâm thử ngh ệ i m được đặt ở
những nơi hẻo lánh để tránh nhiễu xạ để nghiên cứu về ô nhiễm môi trường điện từ. - 8 -
[Lớp AEES330233_22_1_08CLC] Do đó ta thấy tầm ả
nh hưởng của sự nhiễu điện từ trong hệ thống điện và điện tử của
xe ô tô ở hiện tại và tương lai là rất lớn. - 9 -