[發明專利]變頻驅動系統傳導電磁干擾的全電路模型構建方法

有效

• 申請號: 202110281079.X
• 申請日: 2021-03-16
• 公開（公告）號: CN112765836B
• 公開（公告）日: 2022-08-09
• 發明（設計）人: 陳恒林;許哲翔
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06F30/23;G06F30/30
• 代理公司: 杭州天勤知識產權代理有限公司 33224
• 代理人: 王琛

本發明公開了一種變頻驅動系統傳導電磁干擾的全電路模型構建方法及仿真評估方法，根據傳導電磁干擾耦合路徑上不同元器件特性，采用特定的建模方法分別建立其寬頻等效電路模型，在此基礎上根據傳導電磁干擾機理建立完整的變頻驅動系統傳導電磁干擾仿真電路模型。本發明通過對仿真電路關鍵節點選擇特定電壓電流仿真初值，加速傳導電磁干擾仿真分析速度，從而快速評估變頻驅動系統傳導電磁干擾水平，通過仿真分析不同電路參數下系統傳導電磁干擾水平的變化規律，提供變頻驅動系統電磁兼容正向設計的依據。

技術領域

本發明屬于電力電子仿真技術領域，具體涉及一種變頻驅動系統傳導電磁干擾的全電路模型構建方法及仿真評估方法。

背景技術

變頻驅動系統采用變頻調速系統(Variable Voltage and Variable Frequency，VVVF)改變交流電機工作電壓的幅度和頻率，實現交流電機速度和轉矩的平滑控制，VVVF通常采用脈沖寬度調制(Pulse Width Modulation，PWM)控制內部功率開關器件的開通關斷。由于功率開關器件長期工作在高電壓、大電流的工況下，開關速度快，使得開通關斷過程中器件兩端的電壓變化率dv/dt和流經器件的電流變化率di/dt較大，包含豐富的高次諧波成分，在變頻驅動系統高頻寄生參數的影響下，產生顯著的寬頻帶電磁干擾(Electromagnetic Interference，EMI)，特別是在傳導電磁干擾方面，給變頻驅動系統的電磁兼容(Electromagnetic Compatibility，EMC)設計帶來巨大挑戰。因此需要對變頻驅動系統進行傳導電磁干擾建模仿真及評估，以便在系統設計階段對EMC做出考慮。

通常變頻驅動系統傳導電磁干擾模型的建模及仿真方法有兩種：頻域法和時域法。頻域法在已知或計算得到干擾源頻譜后，通過建立傳導電磁干擾耦合路徑的阻抗-頻率模型，直接在頻域上進行掃頻仿真計算，能夠快速得到系統傳導電磁干擾頻譜特性，但頻域模型的準確建立需要對傳導干擾源和干擾回路具有清晰的認識。時域法是建立在對系統傳導電磁干擾回路各元器件建立高頻等效電路模型的基礎上，通過電路仿真得到關鍵節點的電壓電流時域波形，借助快速傅里葉變換將時域波形轉換為頻譜，該方法較為直觀，但元器件電路模型的建立較為復雜困難，且可能存在仿真速度過慢甚至仿真計算不收斂問題。

針對變頻驅動系統傳導電磁干擾建模及仿真方法，中車株洲所電氣技術與材料工程研究院的楊德勇等人在文獻《楊德勇,支永健,閔建軍,等.PWM逆變驅動系統傳導干擾分析及抑制[J].變流技術,2017,000(003):1-7》中提出一種基于等效諧波源的系統傳導電磁干擾簡化計算模型，但未考慮無源元件電容的高頻模型以及未說明各元器件高頻參數的提取方法。北京航天發射技術研究所的段卓琳等人在文獻《段卓琳、張棟、范濤.SiC電機驅動系統傳導電磁干擾建模及預測[J].電工技術學報,2020,v.35(22):110-122.》中提出了一種SiC電機驅動系統的傳導EMI等效電路建模及預測方法，基于有限元仿真提取母排雜散電感參數，但只在單一頻率點下提取寄生參數。

發明內容

鑒于上述，本發明提供了一種變頻驅動系統傳導電磁干擾的全電路模型構建方法及仿真評估方法，系統性總結了干擾源動態模型和傳導電磁干擾耦合路徑高頻模型，并采用了優化計算措施加速仿真分析過程。

一種變頻驅動系統傳導電磁干擾的全電路模型構建方法，所述變頻驅動系統包括直流源、濾波電感、支撐電容、放電電阻、逆變器以及感應電機，其中直流源的正極與濾波電感的一端相連，濾波電感的另一端與支撐電容的一端、放電電阻的一端以及逆變器直流側正極端口相連，直流源的負極與支撐電容的另一端、放電電阻的另一端以及逆變器直流側負極端口相連，逆變器的交流側與感應電機連接；所述全電路模型構建方法包括如下步驟：

(1)建立變頻驅動系統傳導電磁干擾的電磁干擾源模型；

(2)建立變頻驅動系統傳導電磁干擾路徑的結構件高頻電路模型；

(3)建立變頻驅動系統傳導電磁干擾路徑的無源元件高頻等效電路模型；