轨道交通机车的可控抑制频带EMI滤波器的设计方法技术

本发明专利技术公开了一种轨道交通机车的可控抑制频带EMI滤波器的设计方法，具体为：测取轨道交通机车的整车电磁干扰发射频谱；确定滤波器开关组数N和电磁干扰频谱的每一个波峰对应频率点的频率；设定可控抑制频带滤波器的频带滤波效果系数；选取可控抑制频带滤波器的差模电感；选取可控抑制频带滤波器的共模电感；获取可控抑制频带滤波器的共模电容基础值；获取可控抑制频带滤波器的共模电容最终值；获取可控抑制频带滤波器的差模电容基础值；获取可控抑制频带滤波器的差模电容最终值；确定可控抑制频带滤波器共模状态下的通带和阻带。通过该方法可解决高铁牵引系统中存在的EMI频带变化不好抑制的问题。

Design Method of Controllable Suppression Band EMI Filter for Rail Transit Locomotive

The invention discloses a design method of controllable suppression band EMI filter for rail transit locomotives, which is as follows: measuring the emission spectrum of electromagnetic interference of rail transit locomotives; determining the frequency of each peak corresponding to the frequency point of the filter switch group N and the spectrum of electromagnetic interference; setting the frequency band filtering effect coefficient of controllable suppression band filter; selecting controllable suppression band filter. Differential-mode inductance of waveforms; Choosing common-mode inductance of controllable suppression band filters; Obtaining the basic value of common-mode capacitance of controllable suppression band filters; Obtaining the final value of common-mode capacitance of controllable suppression band filters; Obtaining the basic value of differential-mode capacitance of controllable suppression band filters; Obtaining the final value of differential-mode capacitance of controllable suppression band filters; Determining the Passband and stopband in common mode state. This method can solve the problem that EMI frequency band change is not well suppressed in high-speed railway traction system.

【技术实现步骤摘要】
轨道交通机车的可控抑制频带EMI滤波器的设计方法
本专利技术属于电磁兼容
，涉及一种轨道交通机车的可控抑制频带EMI滤波器的设计方法。
技术介绍
随着轨道交通机车速度的不断提升，其牵引传动系统中的牵引变流器也呈现出大功率高密度化发展，产生的传导电磁干扰频谱就会越来越丰富且变化范围更宽，而EMI滤波器是抑制牵引传统系统中传导型电磁干扰的有效手段。对于轨道交通机车的牵引变流器来说，随着动车组运行环境和地域的变化，它的电磁干扰发射频带和幅值也会发生变化，但是，目前传统的模拟EMI滤波器参数固定不可变，滤波能力不可调节，所以，对这种电磁干扰的变化束手无策。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种轨道交通机车的可控抑制频带EMI滤波器的设计方法，通过该方法可解决高铁牵引系统因工作环境和地点改变导致EMI频带变化不好抑制的问题。本专利技术采用的技术方案是，轨道交通机车的可控抑制频带EMI滤波器的设计方法，具体包括如下步骤：步骤1，测取轨道交通机车的整车电磁干扰发射频谱；步骤2，根据步骤1所得的发射频谱的波峰数n确定滤波器开关组数N和电磁干扰频谱的每一个波峰对应频率点的频率f(i)；步骤3，设定可控抑制频带EMI滤波器的频带滤波效果系数K(i)；步骤4，选取可控抑制频带EMI滤波器的差模电感Ldm；步骤5，选取可控抑制频带EMI滤波器的共模电感Lcm；步骤6，获取可控抑制频带EMI滤波器的共模电容基础值CCMB_i；步骤7，获取可控抑制频带EMI滤波器的共模电容最终值CCM_i；步骤8，获取可控抑制频带EMI滤波器的差模电容基础值CDMB_i；步骤9，获取可控抑制频带EMI滤波器的差模电容最终值CDM_i；步骤10，确定可控抑制频带EMI滤波器共模状态下的通带和阻带。本专利技术的特点还在于，步骤2的具体过程为，观察步骤1所测的轨道交通机车的电磁干扰频谱的波峰数n，根据波峰数确定滤波器的开关组数N，n与N之间的关系如下：n＝N(1)；并且可以得到电磁干扰频谱的每一个波峰对应频率点的频率f(i)，f(i)在f1～fn之间取值，若干扰频谱中波峰数小于3个，则n取3。步骤3的具体过程如下：通过如下公式(2)定义频带滤波效果系数K(i)其中，K(i)为频谱内第i个波峰频率点对应的频带效果滤波系数；i为公式中滤波频点变化的变量，它的变化是从1到n；Ai为第i个波峰频率点对应的电磁干扰幅值；Amax为所测电磁干扰频谱内的电磁干扰最大幅值；Amin为所测电磁干扰频谱内的电磁干扰最小幅值；若波峰数小于等于3个，则频带滤波效果系数K(1)＝K(2)＝K(3)＝1。步骤4的具体过程为：根据串联电感选取规则，则可控抑制频带EMI滤波器的差模电感式中，ΔU为牵引变流器所允许的电源压降，f为线路频率；I为牵引变流器额定工作电流。步骤5的具体过程为：阻抗测量仪对接入滤波器的左侧输入源阻抗ZCM_Source进行测量，所测左侧输入源阻抗ZCM_Source由两部分组成，ZCM_Source＝RCM_Source+jωLCM_Source(4)；其中，RCM_Source为左侧输入侧源阻抗内阻，LCM_Source为左侧输入侧源阻抗内电感；共模电感Lcm通常选取共模扼流圈接入电路，电感值的选取准则时按照Lcm＝(10～80)LCM_Source(5)。步骤6的具体过程为：根据步骤2中频谱内所有的峰值频率点对应的频率f(i)，由如下公式(6)可得共模电容基础值CCMB_i：其中，fi为第i个波峰频率点的峰值频率；Lcm为共模电感；CCMB_i为所求第i个波峰频率点对应开关组内共模电容的基础值。步骤7的具体过程为：根据步骤3和步骤6所得结果，通过如下公式(7)求滤波器的共模电容最终值CCM_i：CCM_i＝K(i)·CCMB_i(7)；其中，K(i)为频谱内第i个波峰频率点对应的频带滤波效果系数；CCMB_i为共模电容基础值。步骤8的具体过程为：根据步骤2中频谱内所有的峰值频率点对应的频率f(i)，由公式(8)可得差模电容基础值CDMB_i：其中，fi为第i个波峰频率点的峰值频率；Ldm为差模电感；CDMB_i为所求第i个波峰频率点对应开关组内差模电容的基础值。步骤9的具体过程为：根据步骤3和步骤8所得结果，通过如下公式(9)求滤波器的差模电容最终值CDM_i：CDM_i＝K(i)·CDMB_i(9)；其中，K(i)为频谱内第i个波峰频率点对应的频带滤波效果系数；CDMB_i为差模电容基础值。步骤10的具体过程为：根据步骤7和步骤9所确定的共模电容最终值CCM_i以及L线N线间的差模电最终值CDM_i，得出滤波器各个开关状态下共模及差模的截止频率和的通带、阻带，共模状态下的具体计算公式为：式中，fcm(x)为共模等效状态下滤波器第x级的截止频率(x在1—n变化)；Lcm为共模电感；CCMEQ为共模等效状态下滤波器第x级的共模等效电容值；由于滤波器内每一个开关电容组包含两个共模电容且采用并联结构，故CCMEQ＝2CCM_i(11)；则共模等效状态下第x级的通带阻带由所计算出的截止频率fcm(x)来划分，在9kHz—30MHz内，9kHz—fcm(x)为滤波器通带，fcm(x)—30MHz为滤波器阻带；在差模状态下的具体计算公式：式中，fdm(x)为差模等效状态下滤波器第x级的截止频率，x在1—n变化；Ldmeq为差模等效电感，由于滤波器内有两个差模电感，故Ldmeq＝Ldm1+Ldm2(13)；CDMEQ为差模等效状态下滤波器第x级的差模等效电容值，由于滤波器内每一个开关电容组只包含一个差模电容，故CDMEQ＝CDM_i(14)；则差模等效状态下第x级的通带阻带由所计算出的截止频率fdm(x)来划分，在9kHz—30MHz内，9kHz—fdm(x)为滤波器通带，fdm(x)—30MHz为滤波器阻带，根据共模及差模状态下不同级数的通带阻带不同，以实现对整个电磁干扰频带的动态可调抑制。本专利技术的有益效果是，通过所测轨道机车整车的电磁干扰频谱中波峰数和各个频率点的幅值状况，确定滤波器的滤波组数从而确定了开关组数和谐振电容数。解决了高铁牵引系统因工作环境和地点变化引起的频带变化，而传统的模拟EMI滤波器对其束手无策的问题。通过调节电容设定滤波频带，可动态抑制电磁干扰，可减小高铁牵引系统对外电磁干扰的大小，提高整个系统的可靠性，降低故障率。附图说明图1本专利技术轨道交通机车的可控抑制频带EMI滤波器的设计方法中轨道交通机车整车的电磁干扰测试频谱图；图2采用本专利技术轨道交通机车的可控抑制频带EMI滤波器的设计方法实测轨道交通机车整车的电磁干扰测试频谱图；图3使用本专利技术提出的设计方法所设计的轨道交通机车的可控抑制频带EMI滤波器的拓扑图。图中，1.L线，2.N线，3.PE线，4.差模电感一，5.差模电感二，6.共模电感，7.差模电容一，8.差模电容开关一，9.共模电容一，10.共模电容开关一，11.共模电容二，12.差模电容二，13.差模电容开关二，14.共模电容三，15.共模电容开关二，16.共模电容四，17.差模电容三，18.差模电容开关三，19.共模电容五，20.共模电容开关三，21.共模电容六，22.开关电容组一，23.开关电容组二，24.开关电容组三。具体实施方式本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.轨道交通机车的可控抑制频带EMI滤波器的设计方法，其特征在于：具体包括如下步骤：步骤1，测取轨道交通机车的整车电磁干扰发射频谱；步骤2，根据步骤1所得的发射频谱的波峰数n确定滤波器开关组数N和电磁干扰频谱的每一个波峰对应频率点的频率f(i)；步骤3，设定可控抑制频带EMI滤波器的频带滤波效果系数K(i)；步骤4，选取可控抑制频带EMI滤波器的差模电感Ldm；步骤5，选取可控抑制频带EMI滤波器的共模电感Lcm；步骤6，获取可控抑制频带EMI滤波器的共模电容基础值CCMB_i；步骤7，获取可控抑制频带EMI滤波器的共模电容最终值CCM_i；步骤8，获取可控抑制频带EMI滤波器的差模电容基础值CDMB_i；步骤9，获取可控抑制频带EMI滤波器的差模电容最终值CDM_i；步骤10，确定可控抑制频带EMI滤波器共模状态下的通带和阻带。

【技术特征摘要】
1.轨道交通机车的可控抑制频带EMI滤波器的设计方法，其特征在于：具体包括如下步骤：步骤1，测取轨道交通机车的整车电磁干扰发射频谱；步骤2，根据步骤1所得的发射频谱的波峰数n确定滤波器开关组数N和电磁干扰频谱的每一个波峰对应频率点的频率f(i)；步骤3，设定可控抑制频带EMI滤波器的频带滤波效果系数K(i)；步骤4，选取可控抑制频带EMI滤波器的差模电感Ldm；步骤5，选取可控抑制频带EMI滤波器的共模电感Lcm；步骤6，获取可控抑制频带EMI滤波器的共模电容基础值CCMB_i；步骤7，获取可控抑制频带EMI滤波器的共模电容最终值CCM_i；步骤8，获取可控抑制频带EMI滤波器的差模电容基础值CDMB_i；步骤9，获取可控抑制频带EMI滤波器的差模电容最终值CDM_i；步骤10，确定可控抑制频带EMI滤波器共模状态下的通带和阻带。2.根据权利要求1所述的轨道交通机车的可控抑制频带EMI滤波器的设计方法，其特征在于：所述步骤2的具体过程为，观察步骤1所测的轨道交通机车的电磁干扰频谱的波峰数n，根据波峰数确定滤波器的开关组数N，n与N之间的关系如下：n＝N(1)；并且可以得到电磁干扰频谱的每一个波峰对应频率点的频率f(i)，f(i)在f1～fn之间取值，若干扰频谱中波峰数小于3个，则n取3。3.根据权利要求2所述的轨道交通机车的可控抑制频带EMI滤波器的设计方法，其特征在于：所述步骤3的具体过程如下：通过如下公式(2)定义频带滤波效果系数K(i)其中，K(i)为频谱内第i个波峰频率点对应的频带效果滤波系数；i为公式中滤波频点变化的变量，它的变化是从1到n；Ai为第i个波峰频率点对应的电磁干扰幅值；Amax为所测电磁干扰频谱内的电磁干扰最大幅值；Amin为所测电磁干扰频谱内的电磁干扰最小幅值；若波峰数小于等于3个，则频带滤波效果系数K(1)＝K(2)＝K(3)＝1。4.根据权利要求3所述的轨道交通机车的可控抑制频带EMI滤波器的设计方法，其特征在于：所述步骤4的具体过程为：根据串联电感选取规则，则可控抑制频带EMI滤波器的差模电感式中，ΔU为牵引变流器所允许的电源压降，f为线路频率；I为牵引变流器额定工作电流。5.根据权利要求4所述的轨道交通机车的可控抑制频带EMI滤波器的设计方法，其特征在于：所述步骤5的具体过程为：阻抗测量仪对接入滤波器的左侧输入源阻抗ZCM_Source进行测量，所测左侧输入源阻抗ZCM_Source由两部分组成，ZCM_Source＝RCM_Source+jωLCM_Source(4)；其中，RCM_Source为左侧输入侧源阻抗内阻，LCM_Source为左侧输入侧源阻抗内电感；共模电感Lcm通常选取共模扼流圈接入电路，电感值的选取准则时按照Lcm＝(10～80)LCM_Source(5)。6.根据权利要求5所述的轨道交通机车的可控抑制频带EMI滤波器的设计方法，其特征在于：所述步骤6的具体过程为：根据步骤2中频谱内所有...

【专利技术属性】
技术研发人员：姬军鹏，刘奕琨，杨旭，伍秀英，陈文洁，张嘉鑫，
申请(专利权)人：西安理工大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61