CN115575862A - 一种电动汽车旋转变压器系统的电磁敏感性测试装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电动汽车旋转变压器系统的电磁敏感性测试装置及方法，所述装置包括设置于微波暗室中的可控稳压电源、电机、旋转变压器、信号注入单元、监测单元、旋转变压器解码器和显示模块；可控稳压源模块输出电压带动电机运转，并控制电机的转动速度；旋转变压器与电机连接，在电机转动时，输出的两路模拟信号通过线缆传输给旋转变压器解码器；旋转变压器解码器，将接收到的信息转换为角度信号和电机的转速信息，将电机的转速信息进行显示，并将角度信号和电机的转速信息传输给显示模块进行显示。本发对电动汽车旋转变压器系统进行敏感性测试，全面获取了电动汽车旋转变压器系统在不同工作模式的敏感类型，为电动汽车的性能评估提供了条件。

Description

一种电动汽车旋转变压器系统的电磁敏感性测试装置及方法

技术领域

本发明涉及旋转变压器系统的电磁环境适应性测试，特别是涉及一种电动汽车旋转变压器系统的电磁敏感性测试装置及方法。

背景技术

电动汽车及无人驾驶汽车的快速发展，对促进传统汽车产业转型升级、提升产业国际竞争力、建设环境友好型社会均具有重大战略意义。电动汽车中核心的系统是动力系统，该系统是由驱动电机控制器驱动电机，永磁同步电机主要采用旋转变压器系统实时检测电机转子的位置及转速，以实现转矩、速度的闭环控制。旋转变压器系统由旋转变压器、旋转变压器解码器及连接线缆组成。其中旋转变压器工作原理为：旋转变压器转子随电机同步旋转，当初级励磁绕组外加交流励磁电压后，将在次级两输出绕组中产生感应电动势，感应电动势的大小与励磁正弦值和转子旋转角余弦值的乘积成正比。该感应电动势通过线缆传输至旋转变压器解码器，经解码电路处理得到驱动电机转子的位置和转速信息，进而提供给电机控制器、整车控制器和显示仪表。

旋转变压器系统受扰可能会导致转子位置和速度信息异常，进而引起电机控制器输出电流畸变、变速器工作异常及车速转速显示错误等严重后果，甚至危及驾乘人员的生命安全。对于未来可能得到广泛应用的自动驾驶系统，由于失去驾驶人员的自主判断和调整，这种影响将更为严重。

而且，针对系统开展电磁敏感性实验，通常采用的方法：一种是仅通过单频正弦信号和50％占空比的脉冲调制信号作为干扰信号，得到系统的电磁敏感性边界，这种测试方法选取的干扰信号有限，难以分析系统在各种不同电磁环境下的敏感特性；另一种方法是采用大量模拟器和通道去构建复杂电磁环境，这种方法难以模拟多变的复杂电磁环境，而且构建复杂，开展系统设备的电磁环境适应性难度较大。两种方法都难以给出系统装备实际对那种类型的干扰信号更具敏感性。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种电动汽车旋转变压器系统的电磁敏感性测试装置及方法，能模拟电动汽车旋转变压器系统在全状态下的电磁环境效应，对电动汽车旋转变压器系统进行敏感性测试，全面获取了电动汽车旋转变压器系统在不同工作模式的敏感类型，为电动汽车的性能评估提供了条件。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种电动汽车旋转变压器系统的电磁敏感性测试装置，包括设置于微波暗室中的可控稳压电源、电机、旋转变压器、信号注入单元、监测单元、旋转变压器解码器和显示模块；

所述可控稳压源模块输出电压带动电机运转，并控制电机的转动速度；

所述旋转变压器与电机连接，用于在电机转动时，输出的两路模拟信号，并通过线缆传输给旋转变压器解码器；

旋转变压器解码器，用于将接收到的信息转换为角度信号和电机的转速信息，将电机的转速信息进行显示，并将角度信号和电机的转速信息传输给显示模块进行显示；

所述信号注入单元用于在旋转变压器和旋转变压器解码器之间的线缆注入干扰信号；所述监测单元用于对注入干扰信号的频谱信息进行实时监测。

其中，所述旋转变压器解码器和显示模块之间通过USB转485端口转接；所述信号注入单元包括干扰信号生成模块、电流注入探头和功率放大器；

所述干扰信号生成模块生成干扰信号，经功率放大器放大后传输给电流注入探头，所述电流注入探头用于将功率放大器输出的信号注入到旋转变压器和旋转变压器解码器之间的线缆上。所述监测单元包括频谱分析模块和监测探头，所述监测探头用于对旋转变压器和旋转变压器解码器之间线缆上注入的干扰信号进行监测，并传输给频谱分析模块，所述频谱分析模块用于分析出注入干扰信号的频谱信息变化，以便于实时监测。

所述电磁环境测试装置的敏感性测试内容包括：旋转变压器系统在电机低速、高速、静止、加速和减速5种状态下的电磁敏感特性；

其中，设连接旋转变压器的电机转速为100r/min的时候为低速状态，在电机转速为300r/min的时候为高速状态，电机停止运行为静止状态，电机转速从低速提高到高速过程为加速状态，电机转速从高速降低到低速过程为减速状态；

当电机转速为100r/min的时候，直流稳压电源给电机的供电电压为5V；当电机转速为300r/min的时候，直流稳压电源给电机的供电电压为12V；当电机转速为0r/min的时候，直流稳压电源给电机的供电电压为0V；当电机转速从300r/min降低到100r/min的时候，直流稳压电源给电机的供电电压从12V降低到5V；当电机转速从100r/min提高到300r/min的时候，直流稳压电源给电机的供电电压从5V降低到12V。

所述信号注入单元注入的干扰信号包括能量相关型干扰信号、时间相关型干扰信号和带宽相关型干扰信号；

在注入不同类型的干扰信号时，通过旋转变压器解码器输出到显示模块中显示数据的异常变化，得到旋转变压器的在不同类型的干扰信号作用下的敏感阈值，以及旋转变压器的敏感类型，所述敏感类型包括能量相关型、时间相关型和带宽相关型；

优选地，所述能量相关型的干扰信号包括单频正弦信号；所述时间相关型的干扰信号包括不同占空比的脉冲调制信号；所述带宽相关型的干扰信号包括不同频偏的调频信号。

一种电动汽车旋转变压器系统的电磁敏感性测试方法，包括以下步骤：

S1.将旋转变压器开机工作预热，调控可调稳压源模块控制电机转速，并选择电机的工作模式，所述工作模式包括：高速模式、低速模式、静止模式、减速模式和加速模式中的一种；

S2.电机在选择的工作模式下转动时，旋转变压器输出的两路模拟信号，一路输出信号是V_out1＝V_sSinwtcosθ，另一路输出信号是V_out2＝V_sSinwtcosθ，并传输给旋转变压器解码器，旋转变压器解码器将旋转变压器输出的信号转换为角度信号θ＝arctan(V_out2/V_out1)，然后确定电机的转速w，所述旋转变压器解码器将电机的转速w进行显示，并将角度信号θ和电机的转速w传输给显示模块进行显示；

其中，角度信号的单位为度，角度信号θ与电机的转速w之间的转换关系如下：

w＝2Π*(θ/360°)；

S3.切换电机工作模式，在任意一种工作模式下，旋转变压器解码器都能正常解码并将解码结果传输给显示模块，实现电机转速的显示，说明旋转变压器系统处于正常工作状态，否则调试校准旋转变压器系统；

调试校准时方式如下：

检查旋转变压器和旋转变压器解码器之间的物理连接，并进行调试校准，使得两者保持稳定连接；

检查旋转变压器解码器和显示模块的USB-485的转接连接，并进行调试校准，保持稳定的转接连接；

检查显示模块是否显示和旋转变压器解码器一致的转速信息，并在显示转速不一致时，对旋转变压器解码器进行维护或更换，使得显示模块和旋转变压器解码器显示一致的转速信息；

S4.在任一种工作模式下，通过干扰信号生成模块产生不同类型的干扰信号对旋转变压器系统进行敏感性测试,包括时间相关型干扰信号、带宽相关型干扰信号和能量相关型干扰信号；

利用时间相关型干扰信号进行敏感性测试时，干扰信号生成模块产生不同占空比的脉冲调制信号，作为时间相关型干扰信号，通过功放和注入探头注入旋转变压器和旋转变压器解码器之间的线缆中进行测试，包括：

A1、在测试过程中，分别采用占空比范围为10％～90％的脉冲调制信号，占空比步长间隔为10％的信号作为测试信号，即共产生9个占空比不同的脉冲调制信号；

A2、对于任一个占空比下的脉冲调制信号，将其通过功放和注入探头注入旋转变压器和旋转变压器解码器之间的线缆中进行测试时，逐步调整当前占空比下的信号幅度，当旋变器解码器示数输出到显示模块上的角度/转数数值发生乱码、跳变、卡死的时候，认为旋转变压器系统敏感，记录当前占空比下的旋变器系统传导敏感阈值CST，其中，CST＝干扰信号生成模块的信号幅度+功放的放大倍数-线缆和大电流注入探头的插入损耗，其中，功放的放大倍数、线缆和大电流注入探头的插入损耗均为预先测定的已知参数，即只需要记录旋转变压器系统敏感时的信号幅度，就能够得到当前占空比下旋变器系统传导敏感阈值CST；

A3、对于每一个占空比下的脉冲调制信号，重复执行步骤A2，得到各个占空比下的旋变器系统传导敏感阈值CST，记为CST1，CST2，…，CST9；

A4、计算CST1，CST2，…，CST9的标准差，用于评价不同占空比下旋变器系统传导敏感阈值的离散程度，若计算得到的标准差大于设定的标准差阈值，则认为旋转变压器系统的敏感类型为时间相关型，若计算得到的标准差不大于设定的标准差阈值，认为旋转变压器系统的敏感类型不是时间相关型；

在本申请中，时间相关型信号还可以采用不同脉冲周期的脉冲调幅信号，具体的采用占空比为固定值50％的脉冲调幅信号作为干扰信号，其中脉冲周期在T₁～T_m范围均匀取值，m为所取脉冲周期的个数，调整不同脉冲周期下脉冲调幅信号的幅值，当旋变器解码器示数输出到显示模块上的角度/转数数值发生乱码、跳变、卡死的时候，认为旋转变压器系统敏感，记录当前脉冲周期下的旋变器系统传导敏感阈值CST，其中，CST＝干扰信号生成模块的信号幅度+功放的放大倍数-线缆和大电流注入探头的插入损耗，其中，功放的放大倍数、线缆和大电流注入探头的插入损耗均为预先测定的已知参数，即只需要记录旋转变压器系统敏感时的信号幅度，就能够得到当前脉冲周期下旋变器系统传导敏感阈值CST；

对于每一个脉冲周期下的脉冲调制信号，重复执行上一步骤，得到各个占空比下的旋变器系统传导敏感阈值CST，记为CST1，CST2，…，CST9；

计算CST1，CST2，…，CST9的标准差，用于评价不同脉冲周期下旋变器系统传导敏感阈值的离散程度，若计算得到的标准差大于设定的标准差阈值，则认为旋转变压器系统的敏感类型为时间相关型，若计算得到的标准差不大于设定的标准差阈值，认为旋转变压器系统的敏感类型不是时间相关型；

利用带宽相关型干扰信号进行敏感性测试时，干扰信号生成模块产生不同频偏的调频信号，作为带宽相关型干扰信号，通过功放和注入探头注入旋转变压器和旋转变压器解码器之间的线缆中进行测试，包括：

B1、在测试过程中，设基波信号频率为10kHz，并分别采用10％～90％倍中频带宽的正弦调频信号，频偏步长间隔为10％的信号作为测试信号，即共产生9个频偏不同的正弦调频信号；

B2、对于任一个频偏下正弦调频信号，将其通过功放和注入探头注入旋转变压器和旋转变压器解码器之间的线缆中进行测试时，逐步调整当前频偏下的信号幅度，当旋变器解码器示数输出到显示模块上的角度/转数数值发生乱码、跳变、卡死的时候，认为旋转变压器系统敏感，记录当前频偏下的旋变器系统传导敏感阈值CST，其中，CST＝干扰信号生成模块的信号幅度+功放的放大倍数-线缆和大电流注入探头的插入损耗，其中，功放的放大倍数、线缆和大电流注入探头的插入损耗均为预先测定的已知参数，即只需要记录旋转变压器系统敏感时的信号幅度，就能够得到当前频偏下旋变器系统传导敏感阈值CST；

B3、对于每一个频偏下的调频信号，重复执行步骤B2，得到各个频偏下的旋变器系统传导敏感阈值CST，记为CST1，CST2，…，CST9；

B4、计算CST1，CST2，…，CST9的标准差，用于评价不同频偏下旋变器系统传导敏感阈值的离散程度，若计算得到的标准差大于设定的标准差阈值，则认为旋转变压器系统的敏感类型为带宽相关型，若计算得到的标准差不大于设定的标准差阈值，认为旋转变压器系统的敏感类型不是带宽相关型；

利用能量相关型干扰信号进行敏感性测试时，干扰信号生成模块产生单一正弦信号，作为能量相关型干扰信号，通过功放和注入探头注入旋转变压器和旋转变压器解码器之间的线缆中进行测试，包括：

C1、确定多个测试幅度a₁、a₂、…、a_M，其中M表示测试幅度的个数；

C2、在每一个测试幅度下，将该测试幅度下的单频正弦信号通过功放和注入探头注入旋转变压器和旋转变压器解码器之间的线缆中进行测试时，逐步调整当前测试幅度下的信号频率在10kHz～400MHz之间变化，当旋变器解码器示数输出到显示模块上的角度/转数数值发生乱码、跳变、卡死的时候，认为旋转变压器系统敏感，记录当前测试幅度下引起旋转变压器系统敏感的频率阈值f；

C3、对于每一个测试测试幅度下，重复执行步骤C2，得到各个测试幅度下引起旋转变压器系统敏感的频率阈值，记为f1，f2，…，fM，其中M表示测试频率的数目；

C4、计算f1，f2，…，fM的标准差，用于评价不同测试幅度下引起旋转变压器系统敏感的频率阈值偏离成都，若计算得到的标准差大于设定的标准差阈值，则认为旋转变压器系统的敏感类型为能量相关型，若计算得到的标准差不大于设定的标准差阈值，认为旋转变压器系统的敏感类型不是能量相关型。

S5.在每一种工作模式下，重复执行步骤S4，全面获取各种工作模式下旋转变压器的敏感类型。

本发明的有益效果是：本发明能模拟电动汽车旋转变压器系统在全状态(高速状态下、低速状态下、静止状态下、加速和减速五种不同状态)下的电磁环境效应，对于研究工作在全状态下的电动汽车旋转变压器系统的电磁环境效应，提升电动汽车旋转便器系统的测量速度精度、降低旋转变压器成本和保证其安全稳定运行都具有重要意义。

本发明通过采用单频正弦信号(能量强度类信号)、不同占空比和不同脉冲周期的脉冲调幅信号(时间相关性信号)，以及不同频偏的调频信号(带宽相关性信号)，几种特殊类型特征的干扰信号作为电动汽车旋转变压器系统的干扰信号，来替代模拟复杂的电磁环境，能够快速高效分析电动汽车旋转变压器系统对哪种类型的信号更具敏感性，进而得到电动汽车旋转变压器的敏感类型，便于电动汽车旋转变压器系统的电磁安全性分析和评估。

附图说明

图1为本发明的装置原理示意图；

图2为本发明电机的工作模式示意图；

图3为干扰信号类型分类选取示意图；

图4为旋转变压器电磁环境适应性测试流程图；

图5为旋转变压器主要输入输出信号示意图；

图6为旋转变压器系统的结构框图；

图7为线缆两端接负载处的耦合共模电流WM随着频率变化的曲线图。

具体实施方式

下面结合附图进一步详细描述本发明的技术方案，但本发明的保护范围不局限于以下所述。

本发明能模拟电动汽车旋转变压器系统在全状态(高速状态下、低速状态下、静止状态下、加速和减速五种不同状态)下的电磁环境效应，便于建立电动汽车旋转变压系统的敏感模型，进而分析电动汽车旋转变压器系统在全状态下的电磁环境适应性。对于研究工作在全状态下的电动汽车旋转变压器系统的电磁环境效应，提升电动汽车旋转便器系统的测量速度精度、降低旋转变压器成本和保证其安全稳定运行都具有重要意义。

本发明通过采用单频正弦信号(能量强度类信号)、不同占空比和不同脉冲周期的脉冲调幅信号(时间相关性信号)，以及不同频偏的调频信号(带宽相关性信号)，几种类型特征的干扰信号作为电动汽车旋转变压器系统的干扰信号，能够快速高效分析电动汽车旋转变压器系统对哪种类型的信号更具敏感性，进而得到电动汽车旋转变压器的敏感类型。因为复杂电磁环境都可以用上述的几类典型的干扰信号组成，而且在实际的电磁干扰种只需要抓住对系统影响较大的主要干扰信号既可以有效分析评估系统的电磁环境效应问题，有效的避免了实际种的复杂电磁环境难构建、建模不准、可重复性和可靠性不足的问题。

本发明能够开展电动汽车旋转变压器系统的电磁安全阈值评估，电动汽车旋变器系统电磁安全阈值指的是旋变器系统受电磁干扰信号影响而产生转速示数跳动时电动汽车所处环境电磁干扰信号的强度，具体地：

旋变器系统的电磁敏感性实验平台主要由显示端，频谱分析模块，旋转变压器(旋变器)，旋转变压器解码器(旋变器解码器)，可控稳压源模块，干扰信号生成模块，电流注入探头(注入探头)、电流检测探头(监测探头)、和电机几部分组成，而且各个器件都通过射频线和导线连接，而且为了防止外界电磁信号的干扰，可选择在微波暗室中开展电磁敏感性实验来避免外界电磁信号的干扰。具体的连接方式：通过可控稳压源模块输出可控的电压，控制电机的转动速度，旋转变压器实时检测电机转动的角度位置，通过旋转变压器解码器将角度信息解码输出电机的转速，并在显示模块上显示。旋转变压器解码器和显示模块之间通过USB转485端口转接。干扰信号生成模块通过定向耦合器和功率放大器在旋转变压器和解码器之间的线缆上注入干扰信号，同时通过连接在检测探头的频谱分析模块实时检测注入干扰信号的频谱信息变化。

本发明选用常见的旋变角度采集模块DF2031作为研究对象，可测量角速度并可以记录圈数，广泛应用于航空、航天、船舶、兵器、电子、机器人、伺服系统等行业。旋转变压器系统的电磁环境效应模拟测试平台结构图如图1所示；

在旋变器和旋变器解码器之间的数据线上通过电流探头施加传导干扰，旋变器解码器连接显示模块。通过观察旋变器解码器上示数的异常反映旋变器系统的受扰情况。主要针对旋变低速、高速、静止、加速和减速5种状态下的电磁敏感特性开展敏感性测试。设定连接旋变器的电机转速为100r/min的时候为低速状态，在电机转速为300r/min的时候为高速状态，以及电机静止状态下的为旋变器静止状态，电机转速从低速提高到高速过程为加速状态，电机转速从高速降低到低速过程为减速状态。电机采用直流电机，通过控制直流稳压电源的电压大小来控制直流电机的转速。当电机转速为100r/min的时候，直流稳压电源给电机的供电电压为5V；当电机转速为300r/min的时候，直流稳压电源给电机的供电电压为12V；当电机转速为0r/min的时候，直流稳压电源给电机的供电电压为0V；当电机转速从300r/min降低到100r/min的时候，直流稳压电源给电机的供电电压从12V降低到5V；当电机转速从100r/min提高到300r/min的时候，直流稳压电源给电机的供电电压从5V降低到12V。电机的工作模式如图2所示。

调试旋转变压器解码器使解码器显示的角度信息多的信号进行数字化处理，在旋转变压器解码器中，将旋转变压器输出的两路模拟信号Vout1＝V_sSinwtcosθ和Vout2＝V_sSinwtcosθ，在解码器中转换为角度信号θ(度)＝arctan(Vout2/Vout1)和电机的转速w；为了便于实验测试中观察系统状态的变化，需要将角度信息转化为更为稳定的转速信息，w＝2π*(θ/360°)；

注入的干扰信号采用单频正弦信号(能量相关型干扰信号)、不同占空比和不同脉冲周期的脉冲调幅信号(时间相关型干扰信号)，以及不同频偏的调频信号(带宽相关型干扰信号)，几种类型特征的干扰信号作为电动汽车旋转变压器系统的干扰信号。这几种类型的干扰信号注入到旋变器系统中旋变器与解码器之间连接的信号传输线缆，也就是旋转变压器两路输出信号的传输线缆。

利用时间相关型干扰信号进行敏感性测试时，干扰信号生成模块产生不同占空比的脉冲调制信号，作为时间相关型干扰信号，通过功放和注入探头注入旋转变压器和旋转变压器解码器之间的线缆中进行测试，包括：

A1、在测试过程中，分别采用占空比范围为10％～90％的脉冲调制信号，占空比步长间隔为10％的信号作为测试信号，即共产生9个占空比不同的脉冲调制信号；

A2、对于任一个占空比下的脉冲调制信号，将其通过功放和注入探头注入旋转变压器和旋转变压器解码器之间的线缆中进行测试时，逐步调整当前占空比下的信号幅度，当旋变器解码器示数输出到显示模块上的角度/转数数值发生乱码、跳变、卡死的时候，认为旋转变压器系统敏感，记录当前占空比下的旋变器系统传导敏感阈值CST，其中，CST＝干扰信号生成模块的信号幅度+功放的放大倍数-线缆和大电流注入探头的插入损耗，其中，功放的放大倍数、线缆和大电流注入探头的插入损耗均为预先测定的已知参数，即只需要记录旋转变压器系统敏感时的信号幅度，就能够得到当前占空比下旋变器系统传导敏感阈值CST；

A3、对于每一个占空比下的脉冲调制信号，重复执行步骤A2，得到各个占空比下的旋变器系统传导敏感阈值CST，记为CST1，CST2，…，CST9；

A4、计算CST1，CST2，…，CST9的标准差，用于评价不同占空比下旋变器系统传导敏感阈值的离散程度，若计算得到的标准差大于设定的标准差阈值，则认为旋转变压器系统的敏感类型为时间相关型，若计算得到的标准差不大于设定的标准差阈值，认为旋转变压器系统的敏感类型不是时间相关型；

在本申请的另一些实施例中，时间相关型信号还可以采用不同脉冲周期的脉冲调幅信号，具体的采用占空比为固定值50％的脉冲调幅信号作为干扰信号，其中脉冲周期在T₁～T_m范围均匀取值，m为所取脉冲周期的个数，调整不同脉冲周期下脉冲调幅信号的幅值，当旋变器解码器示数输出到显示模块上的角度/转数数值发生乱码、跳变、卡死的时候，认为旋转变压器系统敏感，记录当前脉冲周期下的旋变器系统传导敏感阈值CST，其中，CST＝干扰信号生成模块的信号幅度+功放的放大倍数-线缆和大电流注入探头的插入损耗，其中，功放的放大倍数、线缆和大电流注入探头的插入损耗均为预先测定的已知参数，即只需要记录旋转变压器系统敏感时的信号幅度，就能够得到当前脉冲周期下旋变器系统传导敏感阈值CST；

对于每一个脉冲周期下的脉冲调制信号，重复执行上一步骤，得到各个占空比下的旋变器系统传导敏感阈值CST，记为CST1，CST2，…，CST9；

计算CST1，CST2，…，CST9的标准差，用于评价不同脉冲周期下旋变器系统传导敏感阈值的离散程度，若计算得到的标准差大于设定的标准差阈值，则认为旋转变压器系统的敏感类型为时间相关型，若计算得到的标准差不大于设定的标准差阈值，认为旋转变压器系统的敏感类型不是时间相关型；

利用带宽相关型干扰信号进行敏感性测试时，干扰信号生成模块产生不同频偏的调频信号，作为带宽相关型干扰信号，通过功放和注入探头注入旋转变压器和旋转变压器解码器之间的线缆中进行测试，包括：

B1、在测试过程中，设基波信号频率为10kHz，并分别采用10％～90％倍中频带宽的正弦调频信号，频偏步长间隔为10％的信号作为测试信号，即共产生9个频偏不同的正弦调频信号；

B2、对于任一个频偏下正弦调频信号，将其通过功放和注入探头注入旋转变压器和旋转变压器解码器之间的线缆中进行测试时，逐步调整当前频偏下的信号幅度，当旋变器解码器示数输出到显示模块上的角度/转数数值发生乱码、跳变、卡死的时候，认为旋转变压器系统敏感，记录当前频偏下的旋变器系统传导敏感阈值CST，其中，CST＝干扰信号生成模块的信号幅度+功放的放大倍数-线缆和大电流注入探头的插入损耗，其中，功放的放大倍数、线缆和大电流注入探头的插入损耗均为预先测定的已知参数，即只需要记录旋转变压器系统敏感时的信号幅度，就能够得到当前频偏下旋变器系统传导敏感阈值CST；

B3、对于每一个频偏下的调频信号，重复执行步骤B2，得到各个频偏下的旋变器系统传导敏感阈值CST，记为CST1，CST2，…，CST9；

B4、计算CST1，CST2，…，CST9的标准差，用于评价不同频偏下旋变器系统传导敏感阈值的离散程度，若计算得到的标准差大于设定的标准差阈值，则认为旋转变压器系统的敏感类型为带宽相关型，若计算得到的标准差不大于设定的标准差阈值，认为旋转变压器系统的敏感类型不是带宽相关型；

利用能量相关型干扰信号进行敏感性测试时，干扰信号生成模块产生单一正弦信号，作为能量相关型干扰信号，通过功放和注入探头注入旋转变压器和旋转变压器解码器之间的线缆中进行测试，包括：

C1、确定多个测试幅度a₁、a₂、…、a_M，其中M表示测试幅度的个数；

C2、在每一个测试幅度下，将该测试幅度下的单频正弦信号通过功放和注入探头注入旋转变压器和旋转变压器解码器之间的线缆中进行测试时，逐步调整当前测试幅度下的信号频率在10kHz～400MHz之间变化，当旋变器解码器示数输出到显示模块上的角度/转数数值发生乱码、跳变、卡死的时候，认为旋转变压器系统敏感，记录当前测试幅度下引起旋转变压器系统敏感的频率阈值f；

C3、对于每一个测试测试幅度下，重复执行步骤C2，得到各个测试幅度下引起旋转变压器系统敏感的频率阈值，记为f1，f2，…，fM，其中M表示测试频率的数目；

C4、计算f1，f2，…，fM的标准差，用于评价不同测试幅度下引起旋转变压器系统敏感的频率阈值偏离成都，若计算得到的标准差大于设定的标准差阈值，则认为旋转变压器系统的敏感类型为能量相关型，若计算得到的标准差不大于设定的标准差阈值，认为旋转变压器系统的敏感类型不是能量相关型。

确定旋转变压器系统的敏感类型是能量相关型后，只需要在需求频率下，调整其幅度，找到使得旋变器系统故障(旋变器解码器示数输出到显示模块上的角度/转数数值发生乱码、跳变、卡死的时候)是的信号幅度，即可求得对应的旋变器系统传导敏感阈值CST；

在本申请的实施中，如果不是以上三种类型，需要综合考虑其他类型的干扰信号，进行综合判断。基于这些结论进一步快速便捷的指导评估电动汽车的电磁安全。干扰信号类型分类选取如图3所示。

能量相关型的干扰信号：不同能量大小的干扰信号，采用不同幅值的单频正弦干扰信号，不同幅值大小的调幅信号和调频信号。

时间相关型的干扰信号：不同脉冲周期的脉冲调制信号，不同占空比的脉冲调制信号。

带宽相关型的干扰信号：不同频偏的调频信号，控制其他条件不变的情况下不同频率的干扰信号。

本发明的测试流程如图4所示，首先按照测试结构框图连接好各个器件和设备，将旋转变压器开机工作预热，调控可调稳压源模块控制电机转速，选着电机的工作模式(高速模式、低速模式、静止模式、减速模式、加速模式)，调试旋转变压器解码器使解码器显示的角度信息多的信号进行数字化处理，利用跟踪环路将其转换为数字的位置和速度。

旋转变压器是一种输出电压随转子转角变化的绝对位置传感器。具有分辨率高、输出阻抗低、工作温度范围宽等特点，近些年使用在电动汽车牵引制动系统中充当转速信息和转角信息检测的传感器，参与控制系统的闭环控制。S1-S3为余弦绕组，S2-S4为正弦绕组，R1-R2为激磁绕组，θ为转子转角。转子绕组为激磁绕组，其上的励磁信号通过电刷或者定子的磁场耦合得到。两相定子绕组彼此正交放置易产生正弦信号和余弦信号，分别称为正弦绕组和余弦绕组。旋转变压器的输出为包含角度信息的模拟信号的正弦绕组信号和余弦绕组信号。旋转变压器主要输入输出信号原理图如图5所示。

其中，V_out1为余弦绕组输出信号，V_out2为正弦绕组输出信号，k为转子绕组与定子绕组有效匝比，V_o为励磁信号幅值，w_r为励磁信号角频率。旋变器输出的信号为V_out1和V_out2。

旋转变压器系统的结构框图如图6所示，左端的旋转变压器输出正弦绕组输出信号和余弦绕组输出信号，输出的两路模拟波形输入到旋变器的解码器中，与解码器提供的励磁信号一起在解码器的解码芯片中的乘法器、检波器器、积分器器、压控振荡器器和可逆计数器组成的闭环反馈系统的处理，最终输出角度和转速信息。

切换电机工作模式，旋转变压器解码器和显示模块都能正常解码显示电机转速，说明旋变器系统处于正常工作状态，否则继续调试校准旋转变压器系统。然后通过干扰信号生成模块产生指定类型的干扰信号(时间类型干扰信号、带宽类型干扰信号、能量类型干扰信号)，如果旋转变压器系统的敏感阈值与干扰信号时间有较大关联(即敏感阈值与不同脉冲周期的脉冲调制信号，不同占空比的脉冲调制信号有较大关联)，说明旋转变压器系统是时间类的电磁敏感模型；否则，继续进一步开展下一步敏感性试验，如果旋转变压器系统的敏感阈值与干扰信号带宽有较大关联(即敏感阈值与不同频偏的调频信号，其他条件不变的情况下不同频率的干扰信号有较大关联)，说明旋转变压器系统是带宽类的电磁敏感模型；否则，继续下一步试验，如果旋转变压器系统的敏感阈值与干扰信号能量有较大关联(即敏感阈值与不同幅值的单频正弦干扰信号，不同幅值大小的调幅信号和调频信号有较大关联)，说明旋转变压器系统是能量类的电磁敏感模型；如果都关联度不大，需要综合分析旋转变压器系统的敏感类型。

本发明还能够开展电动汽车旋转变压器系统的电磁安全阈值评估。电动汽车旋变器系统电磁安全阈值指的是旋变器系统受电磁干扰信号影响而产生转速示数跳动时电动汽车所处环境电磁干扰信号的强度。由于电动汽车前舱作为耦合通路、旋变器系统具有选频特性，电动汽车旋变器系统电磁安全阈值具有随频率变化的特点。为了评估电动汽车上车载的旋变器系统电磁安全阈值，电磁安全阈值可通过下式求解：

EMFT＝CST+SE-WM-Const

其中，EMFT指的是旋变器系统电磁安全阈值，单位为dBV/m；CST指的是旋变器系统传导敏感阈值(干扰信号生成模块的信号强度+功率放大倍数-线缆和大电流注入探头的插入损耗)，单位是dBm；SE指的是电动汽车前舱的屏蔽效能，单位是dB；WM指的是的是线缆耦合效应逆过程，即根据电流转换成电场，单位是dBm/Ω(分贝米/欧姆)；Const是常数，大小为30+10log₁₀Z_c，单位为dBΩ；Z_C是旋变器等效输入阻抗，大小为125Ω。因此，Const取值为50.969dBΩ。其中WM的获取过程如下：

(1)入射波参数选取：考虑到电动汽车受到的干扰多是由电台发射的电磁波以垂直极化为主，所以，WM的获取选择入射角、极化角作为入射波参数，通过外场天线辐射发射产生，来模拟干扰信号；

(2)入射波场强选取：WM表征的是线缆上耦合的电流与入射波参数、场强之间的关系，当入射波参数确定、场强为1V/m时，线缆上耦合的电流即为WM。

(3)带入线缆耦合效应模型，计算线缆两端的端接负载处耦合共模电流即为WM。

通过复杂模型计算，可以得到入射波参数为入射角{θ＝90°，φ＝0°}、极化角η＝90°时的WM结果如图7所示。其中(a)为线缆左端结果，(b)为线缆右端结果；

上述说明示出并描述了本发明的一个优选实施例，但如前所述，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述发明构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。

Claims (8)

1.一种电动汽车旋转变压器系统的电磁敏感性测试装置，其特征在于：包括设置于微波暗室中的可控稳压电源、电机、旋转变压器、信号注入单元、监测单元、旋转变压器解码器和显示模块；

所述可控稳压源模块输出电压带动电机运转，并控制电机的转动速度；

所述旋转变压器与电机连接，用于在电机转动时，输出的两路模拟信号，并通过线缆传输给旋转变压器解码器；

旋转变压器解码器，用于将接收到的信息转换为角度信号和电机的转速信息，将电机的转速信息进行显示，并将角度信号和电机的转速信息传输给显示模块进行显示；

所述信号注入单元用于在旋转变压器和旋转变压器解码器之间的线缆注入干扰信号；所述监测单元用于对注入干扰信号的频谱信息进行实时监测。

2.根据权利要求1所述的一种电动汽车旋转变压器系统的电磁敏感性测试装置，其特征在于：所述旋转变压器解码器和显示模块之间通过USB转485端口转接。

3.根据权利要求1所述的一种电动汽车旋转变压器系统的电磁敏感性测试装置，其特征在于：所述信号注入单元包括干扰信号生成模块、电流注入探头和功率放大器；

所述干扰信号生成模块生成干扰信号，经功率放大器放大后传输给电流注入探头，所述电流注入探头用于将功率放大器输出的信号注入到旋转变压器和旋转变压器解码器之间的线缆上。

4.根据权利要求1所述的一种电动汽车旋转变压器系统的电磁敏感性测试装置，其特征在于：所述监测单元包括频谱分析模块和监测探头，所述监测探头用于对旋转变压器和旋转变压器解码器之间线缆上注入的干扰信号进行监测，并传输给频谱分析模块，所述频谱分析模块用于分析出注入干扰信号的频谱信息变化，以便于实时监测。

5.根据权利要求1所述的一种电动汽车旋转变压器系统的电磁敏感性测试装置，其特征在于：所述电磁环境测试装置的敏感性测试内容包括：旋转变压器系统在电机低速、高速、静止、加速和减速5种状态下的电磁敏感特性；

其中，设连接旋转变压器的电机转速为100r/min的时候为低速状态，在电机转速为300r/min的时候为高速状态，电机停止运行为静止状态，电机转速从低速提高到高速过程为加速状态，电机转速从高速降低到低速过程为减速状态；

当电机转速为100r/min的时候，直流稳压电源给电机的供电电压为5V；当电机转速为300r/min的时候，直流稳压电源给电机的供电电压为12V；当电机转速为0r/min的时候，直流稳压电源给电机的供电电压为0V；当电机转速从300r/min降低到100r/min的时候，直流稳压电源给电机的供电电压从12V降低到5V；当电机转速从100r/min提高到300r/min的时候，直流稳压电源给电机的供电电压从5V降低到12V。

6.根据权利要求1所述的一种电动汽车旋转变压器系统的电磁敏感性测试装置，其特征在于：所述信号注入单元注入的干扰信号包括能量相关型干扰信号、时间相关型干扰信号和带宽相关型干扰信号；

在注入不同类型的干扰信号时，通过旋转变压器解码器输出到显示模块中显示数据的异常变化，得到旋转变压器的在不同类型的干扰信号作用下的敏感阈值，以及旋转变压器的敏感类型，所述敏感类型包括能量相关型、时间相关型和带宽相关型。

7.根据权利要求6所述的一种电动汽车旋转变压器系统的电磁敏感性测试装置，其特征在于：所述能量相关型的干扰信号包括单频正弦信号；

所述时间相关型的干扰信号包括不同占空比的脉冲调制信号；

所述带宽相关型的干扰信号包括不同频偏的调频信号。

8.一种电动汽车旋转变压器系统的电磁敏感性测试方法，基于权利要求1～7中任意一项所述的装置，其特征在于：包括以下步骤：

S1.将旋转变压器开机工作预热，调控可调稳压源模块控制电机转速，并选择电机的工作模式，所述工作模式包括：高速模式、低速模式、静止模式、减速模式和加速模式中的一种；

S2.电机在选择的工作模式下转动时，旋转变压器输出的两路模拟信号，一路输出信号为V_out1＝V_sSinwtcosθ，另一路输出信号为V_out2＝V_sSinwtcosθ，并传输给旋转变压器解码器，旋转变压器解码器将旋转变压器输出的信号转换为角度信号θ＝arctan(V_out2/V_out1)，然后确定电机的转速w，所述旋转变压器解码器将电机的转速w进行显示，并将角度信号θ和电机的转速w传输给显示模块进行显示；

其中，角度信号的单位为度，角度信号θ与电机的转速w之间的转换关系如下：

w＝2Π*(θ/360°)；

S3.切换电机工作模式，在任意一种工作模式下，旋转变压器解码器都能正常解码并将解码结果传输给显示模块，实现电机转速的显示，说明旋转变压器系统处于正常工作状态，否则调试校准旋转变压器系统；

调试校准时方式如下：

检查旋转变压器和旋转变压器解码器之间的物理连接，并进行调试校准，使得两者保持稳定连接；

检查旋转变压器解码器和显示模块的USB-485的转接连接，并进行调试校准，保持稳定的转接连接；

检查显示模块是否显示和旋转变压器解码器一致的转速信息，并在显示转速不一致时，对旋转变压器解码器进行维护或更换，使得显示模块和旋转变压器解码器显示一致的转速信息；

S4.在任一种工作模式下，通过干扰信号生成模块产生不同类型的干扰信号对旋转变压器系统进行敏感性测试,包括时间相关型干扰信号、带宽相关型干扰信号和能量相关型干扰信号；

利用时间相关型干扰信号进行敏感性测试时，干扰信号生成模块产生不同占空比的脉冲调制信号，作为时间相关型干扰信号，通过功放和注入探头注入旋转变压器和旋转变压器解码器之间的线缆中进行测试，包括：

A1、在测试过程中，分别采用占空比范围为10％～90％的脉冲调制信号，占空比步长间隔为10％的信号作为测试信号，即共产生9个占空比不同的脉冲调制信号；

A2、对于任一个占空比下的脉冲调制信号，将其通过功放和注入探头注入旋转变压器和旋转变压器解码器之间的线缆中进行测试时，逐步调整当前占空比下的信号幅度，当旋变器解码器示数输出到显示模块上的角度/转数数值发生乱码、跳变或卡死的时候，认为旋转变压器系统敏感，记录当前占空比下的旋变器系统传导敏感阈值CST，其中，CST＝干扰信号生成模块的信号幅度+功放的放大倍数-线缆和大电流注入探头的插入损耗，其中，功放的放大倍数、线缆和大电流注入探头的插入损耗均为预先测定的已知参数，即只需要记录旋转变压器系统敏感时的信号幅度，就能够得到当前占空比下旋变器系统传导敏感阈值CST；

A3、对于每一个占空比下的脉冲调制信号，重复执行步骤A2，得到各个占空比下的旋变器系统传导敏感阈值CST，记为CST1，CST2，…，CST9；

A4、计算CST1，CST2，…，CST9的标准差，用于评价不同占空比下旋变器系统传导敏感阈值的离散程度，若计算得到的标准差大于设定的标准差阈值，则认为旋转变压器系统的敏感类型为时间相关型，若计算得到的标准差不大于设定的标准差阈值，认为旋转变压器系统的敏感类型不是时间相关型；

利用带宽相关型干扰信号进行敏感性测试时，干扰信号生成模块产生不同频偏的调频信号，作为带宽相关型干扰信号，通过功放和注入探头注入旋转变压器和旋转变压器解码器之间的线缆中进行测试，包括：

B1、在测试过程中，设基波信号频率为10kHz，并分别采用10％～90％倍中频带宽的正弦调频信号，频偏步长间隔为10％的信号作为测试信号，即共产生9个频偏不同的正弦调频信号；

B2、对于任一个频偏下正弦调频信号，将其通过功放和注入探头注入旋转变压器和旋转变压器解码器之间的线缆中进行测试时，逐步调整当前频偏下的信号幅度，当旋变器解码器示数输出到显示模块上的角度/转数数值发生乱码、跳变或卡死的时候，认为旋转变压器系统敏感，记录当前频偏下的旋变器系统传导敏感阈值CST，其中，CST＝干扰信号生成模块的信号幅度+功放的放大倍数-线缆和大电流注入探头的插入损耗，其中，功放的放大倍数、线缆和大电流注入探头的插入损耗均为预先测定的已知参数，即只需要记录旋转变压器系统敏感时的信号幅度，就能够得到当前频偏下旋变器系统传导敏感阈值CST；

B3、对于每一个频偏下的调频信号，重复执行步骤B2，得到各个频偏下的旋变器系统传导敏感阈值CST，记为CST1，CST2，…，CST9；

B4、计算CST1，CST2，…，CST9的标准差，用于评价不同频偏下旋变器系统传导敏感阈值的离散程度，若计算得到的标准差大于设定的标准差阈值，则认为旋转变压器系统的敏感类型为带宽相关型，若计算得到的标准差不大于设定的标准差阈值，认为旋转变压器系统的敏感类型不是带宽相关型；

利用能量相关型干扰信号进行敏感性测试时，干扰信号生成模块产生单一正弦信号，作为能量相关型干扰信号，通过功放和注入探头注入旋转变压器和旋转变压器解码器之间的线缆中进行测试，包括：

C1、确定多个测试幅度a₁、a₂、…、a_M，其中M表示测试幅度的个数；

C2、在每一个测试幅度下，将该测试幅度下的单频正弦信号通过功放和注入探头注入旋转变压器和旋转变压器解码器之间的线缆中进行测试时，逐步调整当前测试幅度下的信号频率在10kHz～400MHz之间变化，当旋变器解码器示数输出到显示模块上的角度/转数数值发生乱码、跳变或卡死的时候，认为旋转变压器系统敏感，记录当前测试幅度下引起旋转变压器系统敏感的频率阈值f；

C3、对于每一个测试测试幅度下，重复执行步骤C2，得到各个测试幅度下引起旋转变压器系统敏感的频率阈值，记为f1，f2，…，fM，其中M表示测试频率的数目；

C4、计算f1，f2，…，fM的标准差，用于评价不同测试幅度下引起旋转变压器系统敏感的频率阈值偏离成都，若计算得到的标准差大于设定的标准差阈值，则认为旋转变压器系统的敏感类型为能量相关型，若计算得到的标准差不大于设定的标准差阈值，认为旋转变压器系统的敏感类型不是能量相关型。

S5.在每一种工作模式下，重复执行步骤S4，全面获取各种工作模式下旋转变压器的敏感类型。

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