高速比较器与时钟驱动器电源模块电磁敏感性研究

高空电磁脉冲(HEMP)能够对电子器件或系统产生不可忽视的电磁脉冲效应。选取高速比较器与时钟驱动器,采用脉冲电流注入(PCI)的实验方法研究这两种器件电源模块的电磁敏感性。试验结果表明:双指数脉冲电流的上升沿是引起高速比较器与时钟驱动器输出扰动的主要原因,且扰动幅度都受到注入脉冲电流幅值的影响;高速比较器工作在不同电平时电源模块的电磁敏感性不同;高速比较器与时钟驱动器在不同工作频率下会表现出不同的电磁敏感性。研究结果对电子器件或系统的电磁敏感性分析与加固具有一定的指导意义。

短波天线端口脉冲电流注入方法实验

脉冲电流注入是研究电子设备高空电磁脉冲(HEMP)效应的重要手段。本文设计了短波天线端口接触式脉冲电流注入实验平台,研究了短波设备接收和发射两种不同工作状态,以及低、中、高3种不同工作频率对注入电流的影响,探索了天线端口防护器分立状态和在线状态下的性能差异,为后续短波天线端口的抗电磁脉冲干扰的性能试验提供了可靠依据。

非接触式脉冲电流注入系统研制

介绍了一种非接触式脉冲电流注入装置,采用磁场耦合原理,对电缆、导线等电子部件进行脉冲电流注入,与被测试部件没有直接的电气物理接触,可以在电子设备正常工作时进行脉冲电流注入测试,实验表明,可以在4 m长两端接负载的导线上注入脉冲电流幅度高达150 A。

辐照和电流注入下电缆耦合响应的计算

采用传输线模型,利用时域有限差分方法计算了辐照和电流注入两种试验环境中电缆屏蔽层电流对芯线的耦合响应,并对响应规律进行了研究。计算结果表明:电流注入时近端负载电压峰值最小,辐照时次之,电流注入时远端最大;负载电压峰值、负载能量与屏蔽层电流源幅度等比例变化;相比较前沿的变化而言,改变屏蔽层电流源前沿对负载电压峰值和负载能量的影响不大;屏蔽层电流源半高宽较小时,负载电压峰值、负载能量与半高宽是非线性关系,屏蔽层电流源半高宽较大时,负载电压峰值、负载能量与半高宽成线性关系;电缆较短时,改变电缆长度对负载电压峰值有影响,而电缆较长时,只会影响电缆负载能量。

感性脉冲电流注入装置的SPICE电路建模

为预测电子设备传导敏感度试验中脉冲电流注入在设备端口产生的干扰强度及波形,建立了感性电流注入装置的SPICE(Simulation Program with Integrated Circuit Emphasis)电路模型.在将装置电路模块化的基础上,应用传输矩阵计算的方法,从实验数据中提取出各模块的电路参数或方程表达式,并转换为SPICE模型,最后再将各模块组合为完整的装置模型.频域和时域的实验显示,模拟结果和测量结果一致性较好.建立的电路模型可用于设计和优化脉冲电流注入试验.

直流固态继电器电磁脉冲失效模式实验研究

采用电流注入法对某型直流固态继电器输入端与输出端的电磁脉冲损伤机制及失效模式进行了实验研究,结果表明:输入端注入电磁脉冲信号时,输出端会产生误动作,并可造成输入电路中三极管BE节产生短路损伤,导致输入端施加控制信号时输出端无法导通;输出端注入电磁脉冲信号时,可造成输出电路中MOSFET管的栅极和漏极产生短路损伤,导致输出端短路。

强电磁脉冲下金属氧化物避雷器瞬态响应特性

高空电磁脉冲是少数能够同时干扰广域分布系统的强电磁脉冲干扰之一,通过场线耦合能在电力传输线上形成纳秒级上升沿、数千安培的传导环境。为了研究电力系统关键易损性设备的强电磁脉冲效应,评估电力系统的高空电磁脉冲生存能力,有必要通过实验研究现有常规金属氧化物避雷器对高空电磁脉冲的瞬态响应特性。本文通过实验获取了高空电磁脉冲标准传导环境下金属氧化物避雷器的过冲峰值、残压峰值以及响应时间等关键参数,并通过实验分析了金属氧化物避雷器加电与不加电状态对关键参数的影响。实验结果表明:高空电磁脉冲传导环境作用下该型金属氧化物避雷器的过冲电压峰值为雷电冲击电流残压峰值的2.19倍;其残压峰值相对于雷电冲击电流残压峰值提高了115.6%;响应时间基本不随脉冲电流幅值变化。另外,是否加电对该型避雷器过冲峰值、残压峰值、响应时间等参数随脉冲电流幅值变化规律的影响可忽略。

用于开关磁阻电机驱动系统的新型单电阻电流采样技术

为进一步降低开关磁阻电动自行车设计成本,提出了单电阻电流采样的四相电流重构技术。对单电阻电流采样的四相电流重构技术的原理进行研究,建立了不同开关状态下四相电流与采样电流的关系。对换相而引起的非换相相电流波动问题进行分析,定义了无法重构相电流的区域为非观测区。提出使用单脉冲注入控制解决非观测区内无法重构相电流的方法,通过在非观测区注入单个脉冲信号,依据直流母线电压值重构得到相电流,并根据给定电流参考量,计算得到脉宽调制补偿信号的占空比,从而实现在非观测区的斩波控制。建立了Matlab/Simulink数字仿真模型,并进行仿真验证,最后进行了开关磁阻电机单电阻电流采样及控制算法的实验。结果表明,所提单电阻电流采样技术具备可行性和使用价值。

基于电流分析的四相开关磁阻电机气隙偏心故障综合检测方法

气隙偏心故障是开关磁阻电机常见故障之一,易导致电机产生不平衡磁拉力,使振动及噪声恶化,影响电机输出性能。本文基于开关磁阻电机电路方程,得到气隙长度与非励磁相电流的函数关系式,利用2D-TFEM计算电机处于正常状态及不同偏心等级情况下非励磁相电流,通过对比,得到不同情况的相电流差值,并提出一种以非励磁相电流差值为特征量的气隙偏心故障检测方法。该法能够实现偏心故障发生、故障相定位及偏心类型辨别的综合检测。仿真与实验结果表明,该法与其他检测法相比,无需增加任何外加电路及传感器,节约检测成本,且具有较高准确性、可靠性及鲁棒性。

高空电磁脉冲作用下配电变压器瞬态响应与失效机理

高空电磁脉冲通过场线耦合能在广域分布的电力传输线上形成纳秒级上升沿、数千安培的强电磁脉冲传导环境,对电力设备的安全可靠运行造成严重威胁。为此,该文基于冲击试验方法研究高空电磁脉冲传导环境下典型10kV油浸式配电变压器的响应特性与失效机理。结果表明,变压器击穿阈值分散性较大,相对雷电、操作过电压更容易受变压器生产工艺的影响,且发生击穿后会造成绝缘性能降级,击穿阈值降低50%左右;高空电磁脉冲传导环境下变压器内部绝缘击穿为纵绝缘击穿,主要发生在相引线与分接引线之间、分接开关各引线之间以及变压器绕组首端等位置。研究结果可为配电变压器在强电磁脉冲环境下的生存能力评估与加固技术提供参考。

差模电流注入等效电磁脉冲辐射技术仿真研究

为解决电磁脉冲(EMP)辐射敏感度试验中构建大范围强场的困难,在天线和线缆为干扰耦合主要途径的情况下,提出差模电流注入等效强电磁脉冲场辐射的试验方法,分析时域内辐射场强与等效注入电压幅值间的关系,研究等效注入电压波形特征的获取方法,并仿真验证试验方法的可行性。结果表明:在辅助设备响应为线性的条件下,场强与等效注入电压的幅值在时域内满足线性外推关系;当辅助设备端口匹配时,辐射时耦合装置监测端电压与等效注入电压的波形仅在幅值上存在倍数关系,其他波形特征相同;在仿真试验构成的理想条件下,高场强辐射与等效注入试验所得受试设备响应相等。

采用差模耦合装置的注入替代宽频电磁辐照方法

为解决目前可模拟的辐射场强和空间有限的问题,提高电流注入法的应用频带范围,提出了注入替代宽频电磁辐照方法。设计了基于定向耦合器原理的宽频带电流注入耦合装置,并以天线和射频前端为受试对象验证了方法的有效性。仿真研究了对称定向耦合器耦合端和直通端的相位差对监测波形的影响,分析了注入装置监测端波形与等效源波形的关系。结果说明:在互联系统的辅助设备为线性的条件下,即使受试设备是非线性的,辐照场强与注入电压的关系同样是线性的,该注入方法的应用频带范围可达数个GHz水平;对称定向耦合器耦合端和直通端的相位差会导致监测波形畸变;在系统端口匹配的情况下,注入装置监测电压与等效源电压为线性关系;若仅关心设备端口响应,通过注入等效替代天线和线缆为主要耦合通道的辐照实验是可行的。

基于双零序电压注入PWM策略的双三相永磁同步电机矢量控制

双三相电机四维电流矢量控制可以对六相逆变器死区效应和两套三相绕组不对称运行进行补偿。四维电流控制需要对两个子平面的参考电压同时控制,采用传统四矢量空间矢量脉宽调制(space vector pulse width modulation,SVPWM)策略较为复杂,且六相逆变器四矢量SVPWM具有脉宽调制(pulse width modulation,PWM)波形不对称,开关损耗较大等问题,采用基于载波脉宽调制的双零序注入PWM策略来实现四维电流矢量控制更为合适。通过分析过调制区基于中间矢量算法在z1-z2子平面注入的谐波电压,将双零序注入PWM策略的调制范围推广到过调制区,最后根据电压调制范围和电流控制维数,将基于双零序注入PWM策略的双三相永磁同步电机矢量控制分为3个调制区:正弦电流调制区,正弦电压调制区和过调制区,使其在线性调制区和过调制区之间可以平滑的过渡。实验结果验证了控制策略的有效性和可行性。

强电磁脉冲下线路绝缘子闪络特性试验研究

为了研究电力系统关键易损性设备的强电磁脉冲效应,评估电力系统的高空电磁脉冲生存能力,有必要通过试验研究线路绝缘子的闪络特性。该文通过试验获取了高空电磁脉冲标准传导环境下10 kV线路绝缘子的50%闪络电压、放电时延、闪络持续时间及伏秒特性等关键参数,并通过试验分析了线路绝缘子表面干净、污秽等不同状态对绝缘子性能的影响。试验结果表明:高空电磁脉冲传导环境作用下10 kV线路绝缘子易发生闪络,且闪络更容易发生在波尾处,闪络持续时间达数微秒;强电磁脉冲环境幅值越高,绝缘子的放电时延越小,分散性也越小;P-10T型绝缘子相对于PQ1-10T型绝缘子的放电时延更短,绝缘子表面污秽使得其放电时延分散性变大;当电压等级高于90%闪络电压时,绝缘子表面污秽对其伏秒特性影响不大。该文可为强电磁脉冲环境下电力设备的绝缘配合以及绝缘子性能改进提供数据支撑,也可为后续防护设备的选择提供参考。

基于直流侧无源电压谐波注入法的串联型24脉波整流器

为抑制串联型多脉波整流器的输入电流谐波,提出一种直流侧电压谐波注入法。该方法通过谐波注入电路产生6倍电网电压频率的电压谐波,并通过谐波注入变压器注入串联型多脉波整流器的直流侧,使整流器输入电流的波形近似为正弦;借助开关函数法,分析移相变压器输入电压24阶梯波的形成过程;从移相变压器输入电压总谐波畸变率(THD)值最小角度出发,设计注入变压器的最佳匝比。仿真和实验结果表明,使用谐波注入电路后,整流器的输入功率因数由97.43%提高到98.94%,电能质量得到明显提高;移相变压器的输入电压由12阶梯波变为24阶梯波,其THD值由9.74%降到3.34%,输入电流THD值由7.62%降到2.65%,整流器的谐波抑制性能得到显著提升。

基于脉冲信号注入法的小电流接地选线技术

针对小电流接地系统的单相接地故障,提出基于脉冲信号注入技术的选线新方法。该方法属于可控周期性脉冲响应法,是一种主动探测算法,不需进行故障相的判别即可实现自动选线。文章还讨论了脉冲信号参数的选定和响应信号的提取过程,用Matlab/Simulink作为仿真工具建立了模型,通过对不同条件下各种接地故障情况的仿真研究,验证了该方法的可行性和正确性。

飞控计算机电磁脉冲效应试验研究

简要介绍了飞行器主控计算机(简称飞控计算机)的主要功能和基本组成单元,采用模拟器辐照和电流注入两种方法对飞控计算机的电磁脉冲效应(EMP)进行了研究,详细介绍了试验系统组成和试验方法,给出了工作状态下飞控计算机的电磁脉冲干扰效应试验数据和初步结论,根据试验结果提出了增强飞控计算机抗电磁脉冲能力的一些思路。

GJB151B CS115的电路仿真分析(一)--校准设备指标需求分析

GJB151B CS115给出了开展脉冲传导敏感度试验的校准平台构成和校准波形标准,但未明确校准平台各设备(脉冲源、电流注入环、校准夹具等)的具体指标需求。为解决这一问题,本文在前期脉冲电流注入电路仿真研究工作的基础上,构建了校准平台的时域电路模型,通过逐一改变模型参数的方法,仿真分析了脉冲源内部回路电感、电流注入环等效电感/电阻/电容等对校准波形前沿、半宽以及平顶降的影响,得出了平台各设备应达到的技术指标。该工作是对GJB151B CS115的有益补充,为搭建CS115试验平台,开展电子设备脉冲传导敏感度试验提供了技术支撑。

同轴电缆感性脉冲电流注入试验仿真方法

为开展同轴电缆感性脉冲电流注入试验的量化分析及设计,利用Spice建模的方法求解电缆屏蔽层的耦合电流,给出了脉冲电流注入仿真中转移阻抗适用的测试方法以及屏蔽层与芯线间耦合的计算方程,建立了同轴电缆感性脉冲电流注入的Spice+Matlab联合仿真方法;另外,基于响应等效原理解决了负值电感的Spice电路表征问题,建立了转移阻抗实测值的拟合电路模型,继而在完成屏蔽层与芯线间耦合的集总近似电路建模的基础上,实现了同轴电缆感性脉冲电流注入的全Spice电路仿真。经数值和实验验证,上述两种方法一致性较好,且均具有较高的仿真精度和良好的时域收敛性,可以用于同轴电缆感性脉冲电流注入试验的设计、分析、效果预估等工作。

kA级脉冲电流注入环的SPICE电路模型

在考核电力/电子设备抗强电磁脉冲性能的千安培(kA)级脉冲电流注入试验中,注入环通过感性耦合的方式将脉冲源输出能量加载到受试设备端口,是注入试验平台的重要组成部分.为解决kA级电流注入环的时域电路仿真难题,本文以Montena IC3B型注入环为例,采用多段集总参数电路串联的方法,建立了考虑分布参数因素的kA级注入环SPICE(Simulation Program with Integrated Circuit Emphasis,SPICE)电路模型;并依据注入环磁芯材料特性,对端口阻抗测试数据进行了分频段拟合,采用粒子群优化算法求取了电路模型参数;最后将该模型应用于kA级脉冲电流注入平台的整体电路仿真,并进行了实验验证,结果表明该模型具有较高的时域仿真精度,可用于电力/电子设备强电磁脉冲电流注入试验的设计、分析、效果预估等工作.