差共模噪声相互转化机理及在平面EMI滤波器设计中的应用

EMI滤波器是抑制传导干扰的重要元件。论文对差、共模混合噪声电路在"阻抗失配"的基础上,可以分离为两部分独立的等效通道。对两个通道各自加载差模和共模噪声,求解电路网络,在负载端可以得到差、共模干扰噪声。由此,可以得到由于支路阻抗的不对称而引起的差、共模噪声之间的相互转化。基于环形结构的平面EMI滤波器是本课题组提出的一种新型结构,但是仍然存在对应支路阻抗不对称问题引起噪声相互转化的问题。为此,本文提出一种单面完全覆金属的"感容"集成模块(LC单元),与双面均为螺旋型LC单元进行比较表明,所提出的模块具有良好对称性,能更好地抑制平面滤波器差、共模噪声之间的相互转化。

基于有限元模型重构的多物理场耦合空心电抗器优化设计

电抗器是电力系统中最为重要的设备之一,如何便捷地设计并优化该类电抗器已成为工程和学术领域的重要课题。本文将电抗器设计和有限元理论结合起来,通过给定的设计指标以及制造方提供的线规,采用遍历搜索法确定电抗器的初设结构参数,以此构建电抗器多物理场耦合有限元模型,求解其"磁场-电路"耦合场来获得电抗器设计优化所需的物理参数,以此代入基于以"层等电阻电压约束"为主、"层等电流密度约束"为辅的邻域搜索优化算法,计算得到优化后的结构尺寸,并按此对电抗器有限元模型进行重构,再次求解,形成一个迭代过程,反复进行该迭代过程,并设定一个收敛条件,最终得到最优解;以磁场求解的各线圈损耗密度为"桥梁",间接将磁场和"温度-流体"场耦合,求解出电抗器各个包封的温升,对所设计优化的结果进行校核。根据算法"重构"特点,采用Ansys软件实现一体化优化设计,以两个电抗器设计优化为例,优化设计结果与设计指标误差在10%以内,显示出该优化设计算法的实用性。

以静代动有限元原理及其在凸极类电机中的应用

凸极类电机磁场分布及其参数与位置角密切相关,若每一位置分别建立模型则计算量急剧增大。论文将电机转子、定子和邻近空气分为两个不同的子区域,以间隙中线为区域分界线,采用有限元法剖分,强使分界线上剖分节点均匀分布且分别单独存在于子区域中。若将分界线上单独节点的自由度对应地耦合,则转子处于某一位置并可求解;反之,将这些自由度"解耦",并进一步错位"耦合",则转子等效于另一位置并可以求解。由此,电机实现了"旋转",即以"静止"代替"运动"状态的求解,简称"以静代动法"(MRR)。以双凸极电机为样机:采用MRR有限元法求解样机电感变化规律,结合该类电机控制电路,得到电枢绕组电流波形,采用Fourier变换进一步得到电流谐波构成,由此可求解铁心涡流损耗。测试总体损耗构成,样机铁心磁滞损耗也可求解,由此可计算出样机对应硅钢片的磁滞损耗系数。在此基础上,对不同工况下电机进行计算和测量。对比表明,二者误差在15%之内,显示出MRR有限元法的方便性和快捷性。论文所提出的方法适合所有旋转、运动类设备,也适合于其他学科,具有广泛的普遍性。

永磁交流伺服驱动系统共模EMI噪声的预测及抑制

永磁交流伺服驱动系统中高du/dt、di/dt在系统中寄生参数作用下感应出的电磁干扰,随着开关频率的不断提高,已逐渐影响到其在高精密场合下的可靠运行。电磁干扰(Electromagnetic Interference,EMI)模型的研究,是电磁干扰分析、预测及其抑制的基础。本文研究出一种永磁交流伺服驱动系统共模EMI噪声的预估方案:针对典型系统中的智能功率模块(IPM)装置,通过分析开关管状态切换过程中IPM桥臂中点电位的跳变,等效出共模噪声源模型;在阐述共模干扰传播路径的基础上,利用不同方法提取了传播通道中所涉及的各主要部件(变流器、屏蔽线缆及永磁同步电机)的高频参数;在150k Hz^30MHz频段内,对其共模EMI噪声进行了实际测量,与仿真结果的对比验证了本文所建模型的正确性。根据样机实测EMI噪声,对于超出电磁兼容标准部分,提出了通过设计平面EMI滤波器滤除的方案,最终通过实验对该新型滤波器噪声抑制效果的有效性进行了验证。

永磁同步电机共模EMI模型的参数化研究

提出了一种电机共模EMI模型的建模方法。通过测量电机的端口差共模阻抗,利用每种阻抗在不同串并联谐振频率处的值确定模型中的R,L,C参数,该方法在确定电机共模EMI模型的参数时,简便实用。所建模型可用于永磁交流伺服驱动系统共模EMI噪声的仿真预测。