CC BY
87
5. Интернет-ресурс: http://www.pw.utc.com/
6. Интернет-ресурс: http://www.snecma.com/
7. Интернет-ресурс: http://wateriet.bystronic.com/landing pages/waterjet/index.php
8. Интернет-ресурс: http://www.aquarezka.ru/
9. Интернет-ресурс: http://www.indec-ecm.com/technologists/spectrum/
10. Интернет-ресурс: http://www.equipnet.ru/articles/hi-tech/hi-tech_408.html
11. Интернет-ресурс: http://bashman.ru/ucheba/student/himiya/1578-dostoinstva-i-nedostatki-elektroerozionnoy-obrabotki.html
12. Интернет-ресурс: http://www.compress,ru/article.aspx?id=20872
13. Моргунов Ю.А., Саушкин Г.Б., Вилигданов T.B. Электрохимическое гравирование аэродинамических занижений в оснастке с проточным каналом. «Металообработка», 2010, № 2, с. 70-75.
14. Моргунов Ю.А., Саушкин С.Б. Структурное моделирование и классификация способов электрохимической размерной обработки. Журнал «Известия МГТУ «МАМИ», 2011, № 1, 184-188с.
Электромагнитное поле гибридного автомобиля
д.т.н. проф. Графкина М.В., д.т.н. проф. НюнинБ.Н., ТеряеваЕ.П.
Университет машиностроения 8 (495) 223-05-23 доб. 1313, ecoÇâmami.ru
Аннотация. Анализ и оценка источников электромагнитного поля автомобиля позволит решать принципиально новые задачи по снижению негативного воздействия этих полей на человека и окружающую среду.
Ключевые слова: автомобильный транспорт, электромагнитные поля, ближняя и дальняя зона электромагнитного поля
Современный автомобиль является, с одной стороны, одним из достижений научно -технического прогресса, который делает человека более мобильным и обеспечивает комфорт передвижения, а с другой - оказывает серьезное негативное воздействие как на окружающую среду, так и на человека. Сегодня принято оценивать экологичность автомобиля по уровню шума и содержанию вредных веществ в отработавших газах и воздействию этих выбросов на атмосферу. Однако увеличение количества и мощности электрооборудования автомобилей, а также появление на городских автодорогах гибридных автомобилей приводит к появлению еще одного значимого фактора негативного воздействия - электромагнитного поля. В свете ухудшения электромагнитной обстановки урбанизированных территорий проблема исследования внутренних и внешних электромагнитных полей автомобиля становится весьма актуальной.
По литературным данным [1] процент электромагнитного загрязнения городской среды от автотранспорта составляет 18-32%. Проведены исследования показателей электромагнитного поля вдоль городской автомобильной дороги в зависимости от интенсивности дорожного движения. Результаты измерений представлены в таблице 1.
Полученные результаты показывают, что в низкочастотном диапазоне (5 Гц - 2кГц) показатели электромагнитного поля возрастают с ростом интенсивности движения на дороге, в частотном диапазоне 2 кГц - 400 кГц не прослеживается явная зависимость магнитной индукции и напряженности электрического поля от интенсивности.
Проведен анализ частотного диапазона электрооборудования современных автомобилей [1]. Частотные характеристики электрооборудования автомобиля представлены в таблице 2.
Как видно из приведенных данных, автомобильный транспорт и его оборудование являются источниками электромагнитного поля как в низкочастотном, так и в радиочастотном диапазонах и вносят свой вклад в формирование электромагнитной среды обитания. На сегодняшний день практически все исследования электромагнитных полей автомобиля направле-
ны на изучение электромагнитной совместимости с другими техническими средствами в радиочастотном диапазоне. Что же касается сведений по воздействию электромагнитных полей автотранспорта на окружающую среду, то анализ существующих источников показал их недостаточность и противоречивость [1,2].
Таблица 1
Показатели электромагнитного поля
№ пп Интенсивность дорожного движения X арактери стихи электр омагнитн ог о поля в диапазоне частот 5 Гц - 2 кГц X ар ахтери стихи электромагнитного поля в диапазоне частот 2 кГц - 4 СЮ кГц X арахтери стихи э л ехтр омагнитного поля при частоте 50 Гц
Е: В/м В: мкТл Е: В/м В= нТл Е: В/м Н= А,'м
1. 0 авто/мин 2 0,01 0,01 0 0=7 1=4
2. 35 авто/мин б 0:1 0:2 1 2 2,1
3 58 авто/мин 15 0=2 0=2 1 6 2=97
Таблица 2
Частотные диапазоны электрооборудования автомобилей
№ пп Источник ЭМИ Частотный диапазон
1. Система зажигания от 0,1 до 500 МГц
2. Звуковой сигнал от 0,1 до 500 МГц
3. Указатель поворота от 0=3 до 30 МГц
4. Электродвигатели (стеклоочистителя, фароо.мывателя: вентилятора) от 0=3 до 250 МГц
5_ Система электрооборудования (цепи с мощными нагрузками, генераторная установка) от 0 до 100 МГц
6. Напряжение бортовой сети 1-1000 Гц
Также практически отсутствуют данные о внутренних и внешних электромагнитных полях гибридных автомобилей. Современный гибридный автомобиль представляет собой транспортное средство, приводимое в движение системой «двигатель внутреннего сгорания -электродвигатель». Признаком, позволяющим разделить гибридные транспортные средства по категориям, является тип взаимодействия двигателей. Сегодня различают последовательное (рисунок 1), параллельное (рисунок 2) и последовательно-параллельное подключение (рисунок 3).
Мея.знергия
Эл.энергня
Мек,энергия
Эл .энергия
Мех.энергил Эл.энергня
Аккумуляюр
Преобразователь напряжения
Элеетро1 двигатель
Ведущие колёса
Рисунок 1 -Последовательная схема
Главная передача
Аккумулятор
Преобразователь напряжения
Электродвигатель
Ведущие колеса
Рисунок 2 - Параллельная схема
Генератор
Дептель мяцност^ Д9С
Аккумулятор
Преобразователь напряжения
охо н: >
\ гТъ ('¡л
1
<! Главная
^ передача
т
Электра-
Ведущие
колёса
Рисунок 3 -Последовательно-параллельная схема
Основным источником электромагнитного поля в рассматриваемых схемах является асинхронный электродвигатель переменного тока промышленной частоты 50 Гц и необходимый для его работы преобразователь напряжения (инвертор). Асинхронный электродвигатель на гибридных автомобилях функционирует не только как мотор, но и выполняет функцию генератора. В начале движения и при движении на малых скоростях электродвигатель работает как мотор, а в процессе торможения выступает в роли генератора. Можно предположить, что с появлением на городских автомобильных дорогах значительного числа гибридных автомобилей произойдет повышение показателей электромагнитного поля на частоте 50 Гц, а также на частотах, которые обусловлены работой преобразователя напряжения. Была исследована работа преобразователя напряжения и получены осциллограммы (рисунок 4).
Рисунок 4 - Осциллограмма работы инвертора
Данные осциллограммы показывают ступенчатую зависимость напряжения от времени, что является причиной появления электромагнитных полей различных частот (гармоник) по некоторым источникам в диапазоне от 5 Гц до 1 ГГц. Поэтому необходимо дальнейшее исследование по выявлению спектральной характеристики электромагнитного поля инвертора.
Для удобства исследования источников электромагнитного излучения в свободном пространстве принято делить его на три зоны: ближнюю, переходную и дальнюю зоны. Критерием, по которому происходит деление, является расстояние г между источником поля и точкой измерения: для ближней зоны Г -<Х для пРомежУточн°й зоны Г = , Ддя дальней зоны Г »- •
В ближней зоне (на примере элементарного диполя) преобладают Ев и Ег - составляющие напряженности электрического поля, которые метаются пропорционально Игъ, и Яф -составляющая напряженности магнитного поля, пропорциональная Иг2. В соответствии с этим ближняя зона описывается следующими математическими выражениями:
/ 1ст
Е =--т-'БтШ-собВ, (1)
г __3 7 \ /
27Г-Ш-8-80 - Г
I Iст
Ее=----ътШ ^тб, (2)
471 • Ш • 8 • 80 • Т
I Iст
Я =---собШ . (3)
ф 4л -г
В ближней зоне поле таково, что его реактивная плотность энергии, преобладает над активной. Для определения импеданса в этой зоне используется следующая формула:
Е X
г = —^ = 20--, где г0=3 77 0м. (4)
Яф 2п■г
В дальней зоне электрическое и магнитное поле изменяются в одинаковой фазе, активная плотность энергии преобладает над реактивной и характеризуется вектором Пойнтинга (Умова - Пойнтинга) [3].
Импеданс определяется по формуле [4]:
Z =
А #„
= 377 Ом
(5)
На рисунке 5 показана зависимость импеданса от расстояния до источника.
.5 к N импеданс Ом
4 К
электрическое
3 К 2 К 1 К
50Q 400 ЗОО
200
100
50 40
30 20
10
поле
.ближняя область
-I_L_
.05
0,1
Об
1.0
плоские волны
Zo = 3?? Ом
дальняя -область
расстояние от источника в единицах / 2 ТГ
Рисунок 5 - Зависимость импеданса от расстояния
В промежуточной области поле описывается формулой Г = у^л ^ту область иногда
называют областью излучаемого ближнего поля или зоной дифракции Френеля.
При наличии каких-либо ограничивающих устройств, например, при распространении волн в замкнутом объеме, в суммарной волне может присутствовать продольная составляющая. Тогда вектор активной плотности потока энергии (вектор Умова - Пойнтинга) и вектор реактивной плотности потока энергии имеют определенные значения (не равные нулю) и волна является поляризованной [3].
При исследовании внешнего и внутреннего электромагнитного поля гибридного автомобиля необходимо учитывать особенности распространения электромагнитного поля как в свободном пространстве, так и замкнутом объеме (тонкая структура поля).
В настоящее время отсутствуют методы исследования спектральных характеристик источников электромагнитного поля автомобиля, а также механизм возникновения внешних и внутренних электромагнитных полей автомобиля, не проводятся исследования тонкой структуры электромагнитного поля, заключающиеся в определении пространственного распределения амплитудных и энергетических параметров поля (вектор Умова - Пойтинга, ротора и дивергенции).
В связи с этим актуальным являются дальнейшие исследования, направленные на:
• электромагнитный мониторинг транспортных потоков на городских автодорогах;
• определение внешних и внутренних электромагнитных полей гибридных автомобилей;
• разработку рекомендаций по снижению негативного воздействия электромагнитных полей на окружающую среду на этапе их проектирования.
Литература
1. Володина H.A., Старостин А.К. Проблемы электромагнитной совместимости электронной аппаратуры и электрооборудования автотранспортных средств. - М.: НИИАЭ, 1997 - 260 е.: ил.
2. Михеев O.J1. Воздействие электромагнитного излучения в салоне автомобиля на человеческий организм //Автотракторное электрооборудование. - 2004. - № 1-2. - С.36-38.
3. Нюнин Б.Н., Графкина М.В. К вопросу исследования тонкой структуры инфразвукового и электромагнитного полей автомобиля. // Известия МГТУ «МАМИ». 2012. № 1(13). с. 180-184.
4. http://www.avtonov.svoi.info/hybrid.html
5. http://fomm.qrz.ru/attachment.php?s=a5092a2e0ec6059d7dbaa54b5202el3f&attachmentid=560 78&d=l 315580760
