交流充电桩无线电骚扰试验方法研究

2019-04-15潘勇

日用电器 2019年3期

潘勇

（山东省产品质量检验研究院济南 250102）

前言

电动汽车的大规模应用带动了充电桩的快速发展。交流充电桩具有体积小、性能佳、智能化高、安装便捷等优势，受到广大家庭用户的欢迎。但是，在交流充电桩大功率开关管如IGBT的不断切换以便完成电动汽车充电的过程中会产生大量的电磁干扰，严重影响市电家庭用电质量和电磁环境。因此，开展交流充电桩无线电骚扰研究，保证电网稳定运行和电磁环境安全，具有重要的意义。

1 交流充电桩充电原理分析

交流充电桩，又称交流供电装置，高压电网经降压至AC 220 V通过交流充电桩直接传输至电动汽车车载充电机为电动汽车进行充电。交流充电桩仅仅提供电力输出，没有充电功能，只起到控制电源的作用。交流充电桩具有良好的人机交互界面，可以进行充电电量、充电时间、充电金额等模式的设置，同时具有过压、欠压、过流、欠流等状态监控和充电电量计量等功能。交流充电桩功率一般不大于7 kW[1]，由于交流充电桩的充电电流较小，其充电速度相对较慢，特别适合居民小区和公共建筑（写字楼、商场、公共停车场）等场合使用。

交流充电桩由充电桩智能模块、显示模块、输入模块、刷卡模块、打印模块、急停装置、电能表（WH）、交流接触器（KM）、断路器（QF）等基本部分组成[2]，其电气系统基本原理图如图1所示。

2 交流充电桩无线电骚扰产生机制分析

交流充电桩无线电骚扰产生来源主要包括两部分，一部分为电源端子骚扰电压，另一部分射频辐射骚扰。其中，电源端子骚扰电压以沿电源线的方式进行传输造成对公共电网的电磁污染，射频辐射骚扰以空间辐射的方式造成周围空间的电磁污染。

交流充电桩为电动汽车进行充电过程中大功率开关管频繁通断会产生大量高频尖峰脉冲电压。高频干扰脉冲按照干扰产生的机理和传输路径不同，电源端子骚扰电压可以分为共模干扰和差模干扰。因大功率开关管的通断引起的干扰主要以差模干扰为主，其传输方式为沿着L和N线进行传输；因散热系统和接地不良引起的干扰主要以共模干扰为主，其传输方式沿着地线进行传输。在这两种干扰的作用下，电网电源质量受到影响同时也会影响电源网络中的其他电子电气设备的正常工作。

交流充电桩大功率开关管频繁通断的同时，产生的瞬态高峰脉冲电压在引起电源线电流突变的同时，也会导致充电桩电路板的电流瞬态激变，从而会产生大量高频干扰信号。高频干扰信号通过电路板中等效的偶极子天线向周围空间发射电磁波，从而形成了电磁辐射骚扰。电磁辐射骚扰在沿空间发射的同时，会对充电桩内的数学芯片或周围电子电气设备内的敏感元器件噪声干扰，从而影响充电桩或周围电子电气设备的性能稳定。

3 交流充电桩无线电骚扰试验方法

GB/T 18487.2-2017规定交流充电桩按照其应用环境进行分类[3]：A类供电设备是非家用和不直接连接到住宅低压供电网设施中使用的设备；A类设备应满足A类限值。B类供电设备是家用设备和直接连接到住宅低压供电网设施中使用的设备；B类设备应满足B类限值。

3.1 电源端子骚扰电压试验方法

GB/T 18487.2-2017规定，交流充电桩电源端子骚扰电压应符合GB 4824-2013的A类或B类限值要求。试验时，交流充电桩应处于典型工作状态，其置于高0.8 m的绝缘桌上[4]，电源线连接到人工电源网络（AMN）上，测量接收机RF信号输入端口连接到人工电源网络（AMN）的RF输出端口，通过人工电源网络（AMN）面板上的按钮进行L和N来测量电源端子骚扰电压，测量频率范围为0.15 kHz～30 MHz。电源端子骚扰电压限值及试验布置图分别为表1、表2和图2所示。

3.2 射频辐射骚扰测试方法

图1 交流充电桩电气系统基本原理框图

表1 电源端子骚扰电压限值（A类）

表2 电源端子骚扰电压限值（B类）

图2 电源端子骚扰电压试验布置图

GB/T 18487.2-2017规定，交流充电桩30～1 000 MHz射频辐射骚扰应符合GB 4824-2013的A类或B类限值要求。试验时，交流充电桩应处于典型工作状态，其置于高0.8 m的绝缘桌上，绝缘桌在转台上进行360 °旋转[4]，同时，测量天线在1～4 m高度上升降，以便能够使具有准峰值检波器的接收机测量到最大辐射骚扰值。射频辐射骚扰的测量频率范围为30～1 000 MHz，限值及试验布置图分别如表3、表4和图3所示。

4 试验结果分析

本论文以额定功率为7 kW的某品牌交流充电桩为例来分析交流充电桩作为A类设备在正常工作状态下对电磁环境的影响。根据交流充电桩的工作原理可知，交流充电桩在充电状态，开关管会不停的进行通断切换导致电流畸变[5]而产生骚扰电压和辐射骚扰，因此本文将电源端子骚扰电压和射频辐射骚扰作为分析对象。

4.1 电源端子骚扰电压试验结果分析

充电桩电源端子骚扰电压L线QP、AV试验曲线分别见图4和图5所示。

充电桩电源端子骚扰电压N线QP、AV试验曲线分别见图6和图7所示。

表3 射频辐射骚扰限值（A类

表4 射频辐射骚扰限值（B类）

图3 射频辐射骚扰试验布置图

根据试验曲线可知，该品牌充电桩电源端子骚扰电压在0.15～10 MHz频段试验值偏高，电源端子骚扰电压主要集中在低频段。当使用带准峰值（QP）检波器接收机测量时，如果试验值超出准峰值（QP）检波器测量的限值，则需要用带平均值(AV)检波器接收机进行测量[6]。由图4和图6可知，L线和N线端子电压QP试验值都超出了AV限值，因此需使用带平均值（AV）检波器的接收机进行第二次测量。由图5和图7可知，L线和N线端子测得的电压AV值符合AV限值要求，可以判定该品牌充电桩电源端子骚扰电压项目合格。

图4 电源端子骚扰电压QP曲线（L线）

图5 电源端子骚扰电压AV曲线（L线）

4.2 射频辐射骚扰试验结果分析

充电桩射频辐射骚扰QP试验曲线见图8所示。

图6 电源端子骚扰电压QP曲线（N线）

图7 电源端子骚扰电压AV曲线（N线）

图8 射频辐射骚扰QP曲线

根据试验曲线可知，该品牌充电桩射频辐射骚扰在30～230 MHz频段试验值偏高，但曲线整体走向平缓。若使用带有准峰值检波器接收机测得的数据已满足平均值限值的要求，则应认为受试设备同时满足了准峰值限值和平均值限值的要求，则不必再用带平均值检波器的接收机进行测量[6]。由图8可知，射频辐射骚扰试验值符合准峰值（QP）限值要求，可以判定该品牌充电桩射频辐射骚扰项目合格。