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圆振筛电机驱动系统电磁兼容研究现状

圆振筛电机驱动系统电磁兼容研究属于电力电子装置电磁兼容的范畴,由于对功率变换器损耗、体积要求的不断提高,开关频率越来越高,输出功率也越来越大,电力电子装置的开关器件在开关过程中产生非常高的di/dt和du/dt,它们通过电路的寄生电感和寄生电容产生强烈的瞬态噪声。因此,主电路的开关器件和相关的电路产生的电磁噪声成为电力电子装置中的主要电磁干扰源,并以传导和近场耦合的形式出现。综上,圆振筛的电子电磁兼容问题突出,成为研究的一个热点,特别是传导干扰的预测研究,为电力电子的设计提供很大的帮助和支持。

    圆振筛电机驱动系统包括蓄电池、传输线缆(交流、直流)、功率变换器、交流电机,要预测电机驱动系统传导电磁干扰,就要求在传导干扰的频率范围内,建立每一个部分的电路模型,包括开关器件的建模,无源元件的建模,最后用电路仿真软件和电磁场仿真软件对电磁干扰特性进行评估。关于开关器件的建模,其工作产生的瞬态电压、电流变化是主要的电磁干扰源,因此开关器件建模必须精确模拟其瞬态特征,如MOSFET、IGBT导通、关断时电压和电流的变化。圆振筛的建模方法主要是子电路模型和基于半导体物理建立的模型。LiangYC,GosbellVJ等人建立了PIN二极管的子电路模型。纽约伦斯勒理工学院的TaoQi,LeiXing团队提出了分段线性的IGBT模型建模方法,该方法是一种行为模型的建模方法,不要求IGBT具体的物理结构,模型的参数求取方法通过IGBT的数据表和简单的测量即可得到,可用于传导干扰的预测。

    MusznickiP,ScheanenJL等人利用Saber中的MOSFET、二极管圆振筛的通用模型,通过算法优化使开关管静态、动态特性与实际特性相符合。浙江大学的钱照明、袁义生团队对PIN二极管的集中电荷模型进行了修改,并建立了用于传导电磁干扰分析的功率MOSFET子电路模型。海军工程学院的马伟明院士团队建立了IGBT的行为特征模型,分阶段研究了IGBT开通关断的动态过程,用分段线性化方法模拟电压和电流的暂态波形,将非线性的开通关断特性用多段du/dt和di/dt组合描述,并用于传导干扰的研究。关于无源器件的建模,电机驱动系统中包括线缆的建模和电机的建模。R.KAHOUL,P.MARCHAL等人提出了建立圆振筛直流电机的宽频等效电路的方法,该方法首先通过电机的实际结构构建一个初级模型,初级模型的参数通过不同方式的阻抗测量以及最小二乘法获得,最后对圆振筛初级模型进行了延伸,该模型频率范围上限达到了1GHz。

    美国罗克韦尔公司的MarkA.Gries团队提出了圆振筛交流感应电机的建模方法,文献中的交流电机等效电路的参数提取完全通过实验的方式获得,模型的频率上限为10MHz,该方法对实验设施有较高要求。佛罗里达国际大学的OsamaA.Mohammed等人运用电磁场有限元分析的方法对交流电机的分布参数进行提取,该方法考虑了绕组线圈的集肤效应,邻近效应,以及铁芯的涡流损耗等,需要知道电机的几何结构和电磁参数,在软件中建立三维实体模型并计算。法国里尔科技大学的N.Idir等人建立了圆振筛交流电机的行为模型,该方法完全不考虑电机内部结构,用等效电路去拟合电机端部阻抗特性曲线,该方法精度高,通用性强,同时该团队还对线缆的建模方法做了大量研究,对于屏蔽线,首先构建基本的传输线分布参数模型,再考虑高频时线缆的邻近效应、集肤效应和介电损耗,用电阻电感梯形网络表征集肤效应和邻近效应,用电阻电容梯形网络表征介电损耗,最后将圆振筛的网络模型加到基本模型中,得到传输线的高频模型。

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