TY - THES A1 - Dhara, Madhavi T1 - Wirkung von Kabelschirmungskonzepten auf abgestrahlte Magnetfelder von elektrischen Antriebssträngen in Elektro- und Hybridfahrzeugen T1 - Influence of cable shielding concepts on radiated magnetic fields from electric drive trains in pure electric and hybrid vehicles N2 - Jede elektrische, elektronische Komponente für Kraftfahrzeugsanwendungen muss auf Komponentenebene und nach der Montage im Fahrzeug die elektrischen, magnetischen und elektromagnetischen Emissionsanforderungen gemäß Normen erfüllen. Die Entwicklung von Konzepten der elektromagnetischen Verträglichkeit für ein elektrisches Kraftfahrzeug erfordert ein gründliches Verständnis der elektromagnetischen Kopplungsmechanismen des Hochvoltsystems. An einen Elektroantrieb werden vielfältige Anforderungen gestellt. Daraus ergibt sich eine eingeschränkte Handlungsfreiheit zum Erreichen der elektromagnetischen Verträglichkeit. Daher ist es im Entwicklungszyklus nötig, Ressourcen mit Kenntnis der elektromagnetischen Verträglichkeit frühzeitig zielgereicht einsetzen zu können. Hierbei gilt es Designparameter frühzeitig festzulegen und bereits dabei eine Ergebnisbewertung vornehmen zu können. Die Wellenlängen der dominanten Spektren elektromagnetischer Störungen von Spannungsquellenpulswechselrichtern im Vergleich zu den geometrischen Abmaßen eines normal großen Fahrzeugs fallen in den Nahfeldbereich. Dies ermöglicht einen quasistationären Ansatz, bei dem das elektrische Feld und das Magnetfeld getrennt untersucht und analysiert werden können. Der Schwerpunkt dieser Arbeit liegt auf der gestrahlten Magnetfeldkopplung in einem Kraftfahrzeug mit einem Elektroantrieb. Üblicherweise erfordert ein Elektroantrieb für seinen Betrieb funktionale Ströme höherer Größenordnung. Das pulsweitenmodulierte Spannungsschalten der leistungselektronischen Wandler, z.B. bei Pulswechselrichter und Gleichstrom (DC)/DC Wandler, verursacht zusätzlich zu den funktionalen Strömen auch parasitäre Ströme. Diese werden durch Spannungsänderungen am Ausgang der Leistungselektronik erzeugt, die die verteilten Kapazitäten z.B. Statorwicklung zu Rahmenkapazität der elektrische Maschine, anregen. Diese Ströme führen zu Magnetfeldemissionen, an die strenge Anforderungen auf Fahrzeugebene gestellt werden. Abschirmungen werden systematisch zur Verringerung der abgestrahlten Emissionen bei elektrischen Antriebsanwendungen in Kraftfahrzeugen eingesetzt, so auch für die Hochvoltkabel. Die relativ geringen Mengen einer nicht idealen Kabelschirmung sind aufgrund des hohen Grades an abgestrahlten Emissionen von Bedeutung. Folglich sind die Schirm- und Masseschleifenströme, d.h. die Schirmwirkung, entscheidend für die Magnetfelder. Neben diesen Stromverteilungen sind die Magnetfelder wesentlich von der Geometrie der Hochvoltkabelführung und dem Frequenzbereich abhängig. In dieser Arbeit werden drei Arten von Schirmungskonzepten für Hochvoltkabel mittels analytischer Modellierung betrachtet. Die drei Schirmungskonzepte sind einzeln geschirmte Kabel in koaxialer Ausführung, mehradrige geschirmte Kabel in Summenschirmausführung und ungeschirmte Kabel mit parallelem Massedraht als Schirm. Die erstellten analytischen Modelle werden genutzt, um die gestrahlten Magnetfeldemissionen vorherzusagen. Ein Vergleich zur Bestätigung der Anwendbarkeit der analytischen Modelle für ein Elektroantriebssytem wird vorgestellt. Die Wirkung der verschiedenen Schirmungskonzepte für das Kraftfahrzeug wird dargelegt. N2 - Every electronic, electrical component for automotive applications has to comply with the electric, magnetic and electromagnetic emission requirements according to the norms and standards during component test and after its assembly in the vehicle. The development of electromagnetic compatibility concepts for electric vehicles require a thorough understanding of electromagnetic coupling mechanisms of the high volatage system. Limited freedom of modifications in vehicle electric drive necessitates the optimal utilization of available resources which further requires adequate recognition and assessment of electromagnetic compatibility related design parameters. The wavelengths of dominant electromagnetic interferences from voltage source inverter compared to geometrical dimension of a regularly sized vehicle will fall into near field region. It enables a quasi-steady approach in which the electric and magnetic fields can be investigated and analysed seperately. The focus of this work is laid on the radiated magnetic field coupling in an automotive electric drive. Usually automotive electric drive involves higher order functional currents for its operation. Pulse width modulated voltage switching of the power electronic converters like inverter and DC/DC converter causes parasitic currents additional to the functional ones. Parasitic currents are generated due to unbalanced voltages at the output of the power electronics which excite the distributed capacitances for e.g. stator winding to frame capacitance of the motor. These currents result in magnetic field emissions which face stringent requirements on vehicle level. Magnetic fields depend on the current strength, geometry, coupling on antennas and wires or other electronic devices. Shields are systematically used to reduce radiated emissions in automotive electric drive applications, so for the high voltage cables. The relatively small quantities of a non ideal cable shield are of importance due to the high level of radiated emissions. As a consequence, the shield and ground loop currents i.e. shielding effectiveness are decisive for magnetic fields. Along with these current distributions, the magnetic fields are significantly dependent on the geometry of high voltage cable routes and the characteristics in frequency domain. In this work, three types of shielding strategies for high voltage cables i.e. individually shielded cables, multiconductor shielded cables and unshielded cables with parallel ground wire which functions as shield are considered for analytical modelling to predict radiated magnetic field emissions. A comaparitive study on their applicabilty in the automotive electrical drive system is presented. KW - Magnetfeld KW - HV Kabelschirmungskonzepte KW - Gleichtaktströme KW - Gegentaktströme KW - Übertragungsfunktionen KW - Magnetic field KW - HV cable shielding concepts KW - Common mode currents KW - Differential mode currents KW - Transfer functions KW - Elektrofahrzeug KW - Hybridfahrzeug KW - Triebstrang KW - Kabel KW - Elektromagnetische Verträglichkeit KW - Magnetische Abschirmung Y1 - 2021 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:co1-opus4-55008 ER -