一种基于状态转换的12相整流电路传导电磁干扰建模方法技术

本发明专利技术公开一种基于状态转换的12相整流电路传导电磁干扰建模方法，包括以下步骤：1)将12相整流电路的电源分为四组，并确定12相整流电路的运行模式；2)根据12相整流电路的运行模式，确定12相整流电路的工作模式；3)根据12相整流电路的工作模式，建立不同工作模式下的12相整流电路传导电磁干扰模型，从而确定不同工作模式下12相整流电路的差模电压和共模电压。本发明专利技术针对输入电源不平衡的12相整流电路，提出差模、共模电磁干扰源建模方法，更符合实际的电路情况，也就更加准确预测实际12相整流电路的电磁干扰特性。流电路的电磁干扰特性。流电路的电磁干扰特性。

【技术实现步骤摘要】
一种基于状态转换的12相整流电路传导电磁干扰建模方法


[0001]本专利技术涉及电磁兼容性预测领域，具体是一种基于状态转换的12相整流电路传导电磁干扰建模方法。

技术介绍

[0002]整流电路是应用最为广泛、数量最多、装机容量最大的一类电力电子能量变换装置。由于结构简单和控制方便等优点，使用二极管或晶闸管作为整流器件的整流系统在高压直流输电、电化学处理过程及大功率推进等领域得到了广泛应用。然而，由于整流器件的强非线性和时变性，这类整流系统会产生大量谐波，降低系统功率因数，导致电压发生畸变，并可能对其它用电设备产生不利影响。
[0003]为了减少由整流系统产生的传导电磁干扰，目前广泛采用PWM整流系统和多相整流系统等技术进行改造，使其不产生谐波或者尽可能少的产生谐波。PWM整流系统通过控制全控器件的开通与关断，使输入电流和输入电压同相位，且输入电流无谐波。多相整流系统通过增加整流变压器或发电机的输出相数，使负载电压脉波数增多，从而达到抑制输入电流谐波和降低负载电压纹波系数的目的。相对于PWM整流系统，多相整流系统结构简单、可靠性更高，更适合于舰艇等大电流、高电压、大功率场合。
[0004]与此同时，相对于单相整流系统和三相整流系统，传递相同功率时，多相整流系统整流器件承受的反向电压更低，对整流器件的绝缘等级要求低。最为主要的是，不使用任何滤波装置时，多相整流系统输出电压、电流的总谐波系数比单相整流系统和三相整流系统要小得多，进而使其滤波装置或功率因数校正装置的功率等级较小。多相整流系统，尤其是12相整流电路的一系列优良特性使其在舰艇等大电流、高电压、大功率场合得到了广泛应用。但是随着高频高温SiC等开关器件的逐步广泛应用，由于dv/dt和di/dt相对上一代Si基半导体开关器件大幅度增大，带来了更加严重的电磁干扰问题。
[0005]因此需要针对舰艇平台中的12相整流电路建立电磁干扰的准确计算方法，预测作战平台内的设备所处的电磁环境，进而分析敏感设备的干扰响应，为抑制电磁干扰、解决电磁兼容问题奠定基础。目前的12相整流电路EMI预测有两种方法，一种是在Saber或者Simplorer等软件通过搭建时域模型，另外一种是对功率半导体器件波形的拟合。但是存在着以下问题：1)时域EMI预测虽然能够精准拟合功率半导体器件的暂态开关过程，尤其是对高频下的“振铃”响应预测效果比较好，但是计算时间长，需要占用较多的内存，尤其是利用Simplorer进行场路协同分析时，需要大量的时间进行计算，而且时域数值计算不稳定，可能会导致发散；2)在频域对开关波形的拟合，虽然精度相对较低，但是不会导致发散，虽然能够在一定的精度范围内，准确预测12相整流电路产生的EMI，可以用于后续针对性的EMI抑制设计，但是不能够揭示12相整流器电磁干扰产生的机理。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的是提供一种基于状态转换的12相整流电路传导电磁干扰建模方法，
包括以下步骤：
[0007]1)将12相整流电路的电源分为四组，并确定12相整流电路的运行模式；
[0008]12相整流电路的电源电压分别如下所示：
[0009][0010][0011][0012][0013]式中，ω为电源角频率；式中，ω为电源角频率；为相位；u
a1
、u
a2
、u
a3
、u
a4
、u
b1
、u
b2
、u
b3
、u
b4
、u
c1
、u
c2
、u
c3
、u
c4
为电源电压；E
A1
、E
A2
、E
A3
、E
A4
、E
B1
、E
B2
、E
B3
、E
B4
、E
C1
、E
C2
、E
C3
、E
C4
为各相电源峰值。t为时间。
[0014]12相整流电路的运行模式包括以下类型：
[0015]第一类：12相整流电路中一组电源有2个二极管导通；
[0016]第二类：12相整流电路中两组电源各有2个二极管导通；
[0017]第三类：12相整流电路中三组电源各有2个二极管导通；
[0018]第四类：12相整流电路中四组电源各有2个二极管导通；
[0019]第五类：12相整流电路中三组电源各有2个二极管导通，另一组电源中有3个二极管导通；
[0020]第六类：12相整流电路中两组电源各有2个二极管导通，另两组电源中有3个二极管导通；
[0021]第七类：12相整流电路中一组电源有2个二极管导通，另三组电源中有3个二极管导通；
[0022]第八类：12相整流电路中四组电源各有3个二极管导通。
[0023]12相整流电路的运行模式的决定因素包括换相重叠角；
[0024]换相重叠角的计算公式如下所示：
[0025][0026]式中，I
d
为12相整流电路输出侧的稳态电流值；X
B
为每一相的电抗；E0为每一相的
电源幅值；m为一个周期内的脉波数；μ为电角度；α为触发延迟角。
[0027]2)根据12相整流电路的运行模式，确定12相整流电路的工作模式；
[0028]12相整流电路的工作模式包括2
‑4‑
2模式、4
‑6‑
4模式、6
‑8‑
6模式；
[0029]12相整流电路的工作模式为2
‑4‑
2模式时，12相整流电路中处于工作状态中的二极管数量在2个与4个之间循环变化；
[0030]其中，若α+μ
‑
π/12≤ωt≤α，则电源的C4相和B4相供电，12相整流电路处于导通阶段，运行方式为第一类运行方式，12相整流电路的输出电压记为U1；
[0031]若α＜ωt≤α+μ，电源的C4相、B4相、A1相和B1相供电，12相整流电路处于换相阶段，运行方式为第二类运行方式，12相整流电路的输出电压记为U2；
[0032]若α+μ＜ωt≤α+π/12，电源的A1相和B1相供电，12相整流电路处于导通阶段，运行方式为第一类运行方式，12相整流电路的输出电压记为U3；
[0033]输出电压U1、输出电压U2、输出电压U3分别如下所示：
[0034][0035][0036][0037]12相整流电路的工作模式为4
‑6‑
4模式时，12相整流电路中处于工作状态中的二极管数量在4个与6个之间循环变化；
[0038]其中，若ωt＝α+μ
‑
π/12，则12相整流电路的供电电源由变为运行方式由第三类运行方式转换为第二类运行方式；
[0039]若ωt本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于状态转换的12相整流电路传导电磁干扰建模方法，其特征在于，包括以下步骤：1)将12相整流电路的电源分为四组，并确定12相整流电路的运行模式。2)根据12相整流电路的运行模式，确定12相整流电路的工作模式；3)根据12相整流电路的工作模式，建立不同工作模式下的12相整流电路传导电磁干扰模型，从而确定不同工作模式下12相整流电路的差模电压和共模电压。2.根据权利要求1所述的一种基于状态转换的12相整流电路传导电磁干扰建模方法，其特征在于，12相整流电路的电源电压分别如下所示：其特征在于，12相整流电路的电源电压分别如下所示：其特征在于，12相整流电路的电源电压分别如下所示：其特征在于，12相整流电路的电源电压分别如下所示：式中，ω为电源角频率；式中，ω为电源角频率；为相位；u
a1
、u
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、u
b1
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b4
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、u
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、u
c4
为电源电压；E
A1
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B1
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B2
、E
B3
、E
B4
、E
C1
、E
C2
、E
C3
、E
C4
为各相电源的峰值；t为时间。3.根据权利要求1所述的一种基于状态转换的12相整流电路传导电磁干扰建模方法，其特征在于，12相整流电路的运行模式包括以下类型：第一类：12相整流电路中一组电源有2个二极管导通；第二类：12相整流电路中两组电源各有2个二极管导通；第三类：12相整流电路中三组电源各有2个二极管导通；第四类：12相整流电路中四组电源各有2个二极管导通；第五类：12相整流电路中三组电源各有2个二极管导通，另一组电源中有3个二极管导通；第六类：12相整流电路中两组电源各有2个二极管导通，另两组电源中有3个二极管导通；第七类：12相整流电路中一组电源有2个二极管导通，另三组电源中有3个二极管导通；第八类：12相整流电路中四组电源各有3个二极管导通。
4.根据权利要求3所述的一种基于状态转换的12相整流电路传导电磁干扰建模方法，其特征在于，12相整流电路的运行模式的决定因素包括换相重叠角；换相重叠角的计算公式如下所示：式中，I
d
为12相整流电路输出侧的稳态电流值；X
B
为每一相的电抗；E0为每一相的电源幅值；m为一个周期内的脉波数；μ为电角度；α为触发延迟角。5.根据权利要求3所述的一种基于状态转换的12相整流电路传导电磁干扰建模方法，其特征在于，12相整流电路的工作模式包括2
‑4‑
2模式、4
‑6‑
4模式、6
‑8‑
6模式；12相整流电路的工作模式为2
‑4‑
2模式时，12相整流电路中处于工作状态中的二极管数量在2个与4个之间循环变化；其中，若α+μ
‑
π/12≤ωt≤α，则电源的C4相和B4相供电，12相整流电路处于导通阶段，运行方式为第一类运行方式，12相整流电路的输出电压记为U1；ω为电源角频率；t为时间；若α＜ωt≤α+μ，电源的C4相、B4相、A1相和B1相供电，12相整流电路处于换相阶段，运行方式为第二类运行方式，12相整流电路的输出电压记为U2；若α+μ＜ωt≤α+π/12，电源的A1相和B1相供电，12相整流电路处于导通阶段，运行方式为第一类运行方式，12相整流电路的输出电压记为U3；输出电压U1、输出电压U2、输出电压U3分别如下所示：所示：所示：12相整流电路的工作模式为4
‑6‑
4模式时，12相整流电路中处于工作状态中的二极管数量在4个与6个之间循环变化；其中，若ωt＝α+μ
‑
π/12，则12相整流电路的供电电源由变为运行方式由第三类运行方式转换为第二类运行方式；若ωt＝α+π/12，则12相整流电路的供电电源由变为运行方式由第二类运行方式转换为第三类运行方式；12相整流电路的工作模式为6
‑8‑
6模式时，12相整流电路中处于工作状态中的二极管数量在6个与8个之间循环变化；其中，若ωt＝α+μ
‑
π/6，则12相整流电路的供电电源由变为若ωt＝α+π/12，则12相整流电路的供电电源由变为运行方式由第三类运行方式转换为第四类运行方式。
6.根据权利要求1所述的一种基于状态转换的12相整流电路传导电磁干扰建模方法，其特征在于，建立2
‑4‑
2模式下的12相整流电路传导电磁干扰模型的步骤包括：1)建立2
‑4‑
2模式下差模电压表达式，步骤包括：1.1)计算在α时刻，空载情况下的直流输出侧的差模电压跳变值ΔU1，即：式中，U1(ωt＝α)、U2(ωt＝α)分别为跳变前、跳变后的电压；E为电源峰值；1.2)计算在α时刻，12相整流电路输出侧的差模电压跳变值U
dm1
，即：式中，参数Z
S
＝R
S
+sL
S
；参数Z
parallel
＝Z1R
L
/(Z1+R
L
+sC
filter
Z1R
L
)；s表示复参变量；参数Z1＝R
dv/dt
+1/sC
dv/dt
；L
S
和R
S
分别表示各相供电电源的电感和电阻；L
in
为整流电路直流侧的高频寄生电感；C
filter
为滤波电容；R
dv/dt
和C
dv/dt
分别表示负载电阻和电容；R
L
为整流电路的负载电阻；1.3)计算在α+μ时刻，空载情况下的直流输出侧的差模电压跳变值ΔU2，即：式中，U2(ωt＝α+μ)、U3(ωt＝α+μ)分别为跳变前、跳变后的电压；1.4)计算在α+μ时刻，整流电路输出侧的差模电压跳变值U
dm2
，即：1.5)在一个周期T内，将直流输出侧差模电压写成s域的形式，得到：式中，时间t1＝α/ω，时间t2＝(α+μ)/ω；U
cm
(s)为s域形式的直流输出侧差模电压；1.6)将s域形式的直流输出侧差模电压转换为频域形式，得到2
‑4‑
2模式下差模电压表达式，即：
式中，n、k为整数；U
dm
(jnω)为频域形式的差模电压；U
dm1
(jnω)、U
dm2
(jnω)为频域形式...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘其凤，徐寅翔，朱学贵，张淮清，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：发明
国别省市：