一种带差模激励源的交流回路对回路中导线串扰电压的预估方法技术

本发明专利技术属于电磁兼容中传输线线束串扰领域，具体涉及的是一种带差模激励源的交流回路对回路中导线串扰电压的预估方法。本发明专利技术首先根据导线之间的位置排布关系，测量导线两两之间的间距以及各导线距离地面的高度导线1、2为施扰差模回路线，导线3为受扰线；根据镜像法得到各个导线之间的单位长度自电容和自电感，单位长度互电容和单位长度互电感；根据电感、电容值，建立带差模激励源的交流回路对回路中导线串扰电压预估模型；由基尔霍夫定律得到三导体传输线方程；得到受扰导线3上的串扰电压、串扰电流大小。本方法可以简单，快速地实现系统间线束此类排布时线间串扰的预估测量，节省资源，适用面广。

【技术实现步骤摘要】
一种带差模激励源的交流回路对回路中导线串扰电压的预估方法
本专利技术属于电磁兼容中传输线线束串扰领域，具体涉及的是一种带差模激励源的交流回路对回路中导线串扰电压的预估方法。
技术介绍
在电磁兼容领域计算传输线引起的电磁干扰一般有两种预估方法，数值方法和多导体传输线方法。基于这两种方法的差模激励源交流回路串扰及辐射预估问题都有研究，清华大学朱丹阳，石长生用严格的数值方法推导了有限长双线差模电流及辐射的严格解，但是其结果也只是以电场的形式给出，没有直接计算得到串扰电压值。国外的ClaytonPaul提出了三导体传输线模型方法，建立了共模激励源的三导体传输线模型，此模型成为了预估测量传输线串扰的经典方法。基于Paul的传输线模型，国内的一些学者也做了些研究，其中包括西安精密机械研究所的杨进候，华北电力大学的姜仁波等人，前者建立了传输线高频耦合干扰预估测量模型，后者针对不同类型的导体建立了三导体传输线耦合干扰预估测量模型，但他们研究的共同点就是预估模型都是是基于共模激励源的情况建立的，而且线束都属于同一系统，也就是只能预估带共模激励的传输线之间的串扰，对于本专利技术中解决的带差模激励源双线回路导线对回路中接地导线干扰电压的预估问题，且线束属于不同系统的情况，还没有现有的预估模型或工程测量方法来解决。综上所述，现有的文献报告对差模激励源双线回路导线对回路中接地导线干扰电压的预估问题还没有研究，本专利技术根据串扰的耦合机理，建立了差模激励源平行双线回路导线对回路中接地导线干扰电压工程求解的新型三导体传输线预估模型，为此种线束排布情况下线间串扰大小的预估提供了方法。专利
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种解决电磁兼容中差模激励源平行双线回路对回路中接地导线干扰电压的预估问题的带差模激励源的交流回路对回路中导线串扰电压的预估方法。本专利技术的目的是这样实现的：(1)首先根据导线之间的位置排布关系，测量导线两两之间的间距di(i＝1,2)，以及各导线距离地面的高度hi(i＝1,2,3)，导线1、2为施扰差模回路线，导线3为受扰线；(2)根据步骤(1)中测得的各导线之间的距离关系以及离地高度，根据镜像法得到各个导线之间的单位长度自电容ci(i＝1,2,3)和自电感li(i＝1,2,3)，单位长度互电容cij(i＝1,2,3,j＝1,2,3)和单位长度互电感lmij(i＝1,2,3,j＝1,2,3)；(3)根据步骤(2)中得到的电感、电容值，建立带差模激励源的交流回路对回路中导线串扰电压预估模型，其中差模激励源回路以及回路中的受扰导线回路各自都接有自电感li(i＝1,2,3)，且各条导线与地之间都连有自电容ci(i＝1,2,3)，同时模型中各导线之间都接有互电容cij(i＝1,2,3,j＝1,2,3)、互电感lmij(i＝1,2,3,j＝1,2,3)，每根导线都有各自始端电压Vi(z,t)、始端电流Ii(z,t)；终端电压Vi(z+Δz,t)、终端电流Ii(z+Δz,t)，其中i＝1,2,3，(z，t)表示在距离z处，时间t时的电压电流值；(4)由基尔霍夫定律得到三导体传输线方程：其中I1(z,t)、I2(z,t)、I3(z,t)分别表示导线1、导线2、导线3上在距离z处，时间t时的电流，V1(z,t)、V2(z,t)、V3(z,t)分别表示导线1、导线2、导线3上在距离z处，时间t时的电压；(5)测量差模回路两端的电压值V1(z,t)、V2(z,t)，电流值I1(z,t)、I2(z,t)并带入三导体传输线方程中，得到受扰导线3上的串扰电压V3(z,t)、串扰电流I3(z,t)大小，提取单位长度电容：单位长度电感：该专利技术解决了带差模激励源的线束回路对回路中导线的串扰电压大小预估测量问题，对于线束此类排布时的串扰问题还没有人提出相应的串扰电压预估测量方法，本方法可以简单，快速地实现系统间线束此类排布时线间串扰的预估测量，节省资源，且适用面广，为此类问题的解决提供了一个先例。为电磁兼容领域中线束扎捆及排列问题提供了理论依据，对此类问题的解决具有较强的指导意义。附图说明图1差模激励源平行双线回路对回路中接地导线干扰模型；图2镜像法测量传输线方程中寄生参数模型；图3受扰导线远端串扰电压结果；图4受扰导线近端串扰电压结果。具体实施方式下面结合附图对本专利技术做进一步描述。对于这个问题，由于受扰导线位于差模激励源回路之间，差模激励源回路的两根平行导线对受扰导线的干扰相叠加，致使对受扰导线来说干扰不可忽略，其回路模型如图1所示。要预估串扰电压，就必须建立相应的模型，故本专利技术根据耦合机理，提取了传输线单位长度寄生电感、寄生电容矩阵，并推导出了求解串扰电压的三导体传输线微分方程，建立了解决此问题的三导体传输线模型，为此类问题的解决提供了理论预估依据，辅以相应的测量方法，便可实现此种新型线束布置时串扰电压的预估。首先根据串扰耦合机理，建立传输线耦合串扰模型，每条导线都会包括自身的自电容、自电感以及导线之间的互电容、互电感，忽略导线损耗，建立基于此问题的三导体传输线耦合串扰预估电路模型。接下来基于基尔霍夫定律建立三道题传输线耦合串扰预估数学模型：其中I1(z,t)、I2(z,t)、I3(z,t)分别为导线1、2、3上的电流，V1(z,t)、V2(z,t)、V3(z,t)分别为导线1、2、3上的电压。接下来测量各传输线之间的距离d，以及各导线距离地面的高度h，作为已知条件，然后基于镜像的方法建立此类新型三导体传输线寄生电感、寄生电容预估测量模型，预估单位长度电感、电容大小，其原理如图2所示。提取个导线之间单位长度电感和电容如下：单位长度电容：单位长度电感：其中ci(i＝1,2,3)表示导线i单位长度自电容，cij(i＝1,2,3,j＝1,2,3)表示导线i、j间单位长度互电容；li(i＝1,2,3)表示导线i单位长度自电感，lmij(i＝1,2,3,j＝1,2,3)表示导线i、j间单位长度互电感。至此，基于差模激励源平行双线回路对回路中接地导线干扰电压的预估问题的三导体传输线预估模型就建立起来了，通过求解传输线方程就可以直接得到受扰导线的近端、远端串扰电压的预估值。结果如图3、图4所示。本专利技术首先要获得差模激励源平行双线回路以及回路中接地导线相对位置关系，即测量导线两两之间的间距d，以及离地高度h,并测得导线两端差模共模负载大小以及激励源幅值和频率，这些作为求解线间串扰电压的条件。接下来根据获得的已知条件，由镜像法测得导线之间的单位长度电感。基于此问题的镜像法的原理图如图2所示。然后根据导线的排布关系基于基尔霍夫定律得到预估传输线串扰电压的新型多导体传输线方程。并由得到的单位长度电感值根据均匀介质中单位长度电感矩阵，电容矩阵的关系CL＝μεE(9)就可以确定单位长度电容矩阵C，其中E为三阶单位矩阵，μ为介质磁导率，ε为介质介电常数。电容矩阵中的每个值都对应相应导线之间的互电容或者导线自身的自电容值。预估模型以及导线之间的电感电容值确定之后，测量激励源的大小频率，把测量结果带入模型中就可以得到差模回路之间受扰导线的串扰电压。这里给出了仿真的串扰电压值，图3为受扰导线远端串扰电压，图4为受扰导线近端串扰电压，从图中可以看出，随着频率的增加，串扰电压的大小逐渐增本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种带差模激励源的交流回路对回路中导线串扰电压的预估方法，其特征在于：(1)首先根据导线之间的位置排布关系，测量导线两两之间的间距di(i＝1,2)，以及各导线距离地面的高度hi(i＝1,2,3)，导线1、2为施扰差模回路线，导线3为受扰线；(2)根据步骤(1)中测得的各导线之间的距离关系以及离地高度，根据镜像法得到各个导线之间的单位长度自电容ci(i＝1,2,3)和自电感li(i＝1,2,3)，单位长度互电容cij(ij＝1,2,3)和单位长度互电感lmij(ij＝1,2,3)；(3)根据步骤(2)中得到的电感、电容值，建立带差模激励源的交流回路对回路中导线串扰电压预估模型，其中差模激励源回路以及回路中的受扰导线回路各自都接有自电感li(i＝1,2,3)，且各条导线与地之间都连有自电容ci(i＝1,2,3)，同时模型中各导线之间都接有互电容cij(ij＝1,2,3)、互电感lmij(ij＝1,2,3)，每根导线都有各自始端电压Vi(z,t)、始端电流Ii(z,t)；终端电压Vi(z+Δz,t)、终端电流Ii(z+Δz,t)，其中i＝1,2,3，(z，t)表示在距离z处，时间t时的电压电流值；(4)由基尔霍夫定律得到三导体传输线方程：∂V1(z,t)∂z=-l1∂I1(z,t)∂t-lm12∂I2(z,t)∂t-lm13∂I3(z,t)∂t]]>∂V2(z,t)∂z=-lm12∂I1(z,t)∂t-l2∂I2(z,t)∂t-lm23∂I3(z,t)∂t]]>∂V3(z,t)∂z=-lm13∂I1(z,t)∂t-lm23∂I2(z,t)∂t-l3∂I3(z,t)∂t]]>∂I1(z,t)∂z=-(c1+c2+c13)∂V1(z,t)∂t+c12∂V2(z,t)∂t+c13∂V3(z,t)∂t]]>∂I2(z,t)∂z=c12∂V1(z,t)∂t-(c2+c12+c23)∂V2(z,t)∂t+c23∂V3(z,t)∂t]]>∂I3(z,t)∂z=c13∂V1(z,t)∂t+c23∂V2(z,t)∂t-(c3+c13+c23)∂V3(z,t)∂t]]>其中I1(z,t)、I2(z,t)、I3(z,t)分别表示导线1、导线2、导线3上在距离z处，时间t时的电流，V1(z,t)、V2(z,t)、V3(z,t)分别表示导线1、导线2、导线3上在距离z处，时间t时的电压；(5)测量差模回路两端的电压值V1(z,t)、V2(z,t)，电流值I1(z,t)、I2(z,t)并带入三导体传输线方程中，得到受扰导线3上的串扰电压V3(z,t)、串扰电流I3(z,t)大小，提取单位长度电容：C=c1+c12+c13-c12-c13-c12c2+c12+c23-c23-c13-c23c3+c13+c23,]]>单位长度电感L=l1lm12lm13lm12l2lm23lm13lm23l3.]]>...

【技术特征摘要】
1.一种带差模激励源的交流回路对回路中导线串扰电压的预估方法，其特征在于：(1)首先根据导线之间的位置排布关系，测量导线两两之间的间距di(i＝1,2)，以及各导线距离地面的高度hi(i＝1,2,3)，导线1、2为施扰差模回路线，导线3为受扰线；(2)根据步骤(1)中测得的各导线之间的距离关系以及离地高度，根据镜像法得到各个导线之间的单位长度自电容ci(i＝1,2,3)和自电感li(i＝1,2,3)，单位长度互电容cij(i＝1,2,3,j＝1,2,3)和单位长度互电感lmij(i＝1,2,3,j＝1,2,3)；(3)根据步骤(2)中得到的电感、电容值，建立带差模激励源的交流回路对回路中导线串扰电压预估模型，其中差模激励源回路以及回路中的受扰导线回路各自都接有自电感li(i＝1,2,3)，且各条导线与地之间都连有自电容ci(i＝1,2,3)，同时模型中各导线之间都接有互电容cij(i＝1,2,3,j＝1,2,3)、互电感lmij(i＝1,2,3,j＝1,2,3)，每根导线都有各自始端电压Vi(z,t)、始端电流Ii(z,t)；终端电压Vi(z+Δz,t)、终端电流Ii(z+Δz,t)，其中i＝1,2,3，(z，t)表示在距离z处，时间t时的电压电流值；(4)由基尔霍夫定律得到三导体传输线方程：

【专利技术属性】
技术研发人员：孙亚秀，卓庆坤，李千，姜庆辉，
申请(专利权)人：哈尔滨工程大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江;23