基于部分电感模型的回路耦合干扰分析

电力电子系统中回路之间的电磁场耦合是电磁干扰主要传播方式之一，为了准确预测系统级的电磁干扰，需要对回路耦合干扰进行定量计算。基于部分单元等效电路(partial element equivalent circuit，PEEC)的部分电感理论，建立了典型电力电子系统回路耦合电磁干扰的模型，主要包括导线之间空间磁场形成的互感耦合和接地回路之间共地阻抗耦合的模型。在实验室中构建了物理对象研究平台，分别对差模电流和共模电流产生的回路耦合干扰进行了测试，实验结果与计算结果对比证明了方法的正确性。     

用于传导电磁干扰分析的接地回路模型与参数

由接地网阻抗所引起的传导：EMI问题已经受到了越来越多的重视。而接地回路的电路模型的建立，对传导干扰的研究十分有意义。该文建立了分析接地回路的电磁干扰的部分元等效电路(PEEC)模型，并针对三种不同结构的电路模型计算出了相应的电感参数。计算得出的回路电感与实测结果十分吻合。结果表明该文采用的电感参数的计算方法与测试方法是可行和有效的。文中利用所建立的接地回路PEEC模型，对接地网两点间的阻抗特性和干扰电流在其上引起的电压降进行了研究，分析了外部电路对其影响的规律。结果表明，在频率较低时接地网以外的电路主要通过互感来影响接地网两接地点之间的电压降。     

基于PEEC法的发电机定子绕组线棒高频电路模型

建立合理的电机定子绕组电路模型,对于研究定子绕组绝缘局部放电信号的传播规律,了解局部放电信号的特征具有重要意义.部分元等效电路(PEEC)法是基于电磁场方程推导出来的等值电路模型,能够对一些用传统方法难以建模的复杂物理结构建立合理的电路模型,并且所建模型可以方便地与其它模型(比如传输线模型)综合连接、计算仿真,该方法还能够综合考虑外部测量电路的影响,在集成电路高频电路模型建立中有广泛的应用.本文采用PEEC法原理,建立了电机定子绕组单根线棒高频电路模型和双根线棒的耦合传播模型,此方法克服了以往多导体均匀传输线理论在电机定子绕组电路模型建立中的不足.模型中的部分电感、部分电容等参数由PEEC原理结合相关计算软件求得.模型的仿真计算与实验结果比较,证实了所建模型的有效性及参数的准确性.     

基于改进模态分解的中压地埋电缆载波通信信道特性分析

对中压电力线信道特性的研究是构建中压载波通信系统的重要基础。针对目前中压地埋电缆的多模传输特性尚未明确,屏蔽层与钢铠接地对信道特性的影响尚未被详细考虑的情况,将多导体传输线模型与回路分析相结合,通过改进模态分解确定了中压地埋电缆的4类传输模态及其传输特性,并通过比较该方法与高频结构仿真(HFSS)的计算结果验证了所提方法的有效性。之后,基于模态分解的结果计算了载波信号的衰减与相移特性,并通过实验测量验证了其可信性。最后,结合多模态传输特性讨论了屏蔽层与钢铠接地对中压地埋电缆信道特性的影响。结果表明:当信号通过芯线与屏蔽耦合时,其信道特性几乎不受屏蔽层与钢铠接地的影响;当信号通过屏蔽与地耦合时,信道特性与接地阻抗密切相关。     

部分元等效电路理论在无线电能传输系统中的应用研究

磁耦合谐振式无线电能传输技术凭借其传输距离远、传输效率高等优势逐渐成为了无线电能传输方面研究的热点，而磁耦合谐振系统的设计和优化依赖于准确的参数计算和系统性能计算。针对这一问题提出采用部分元等效电路PEEC（partial element equivalent circuit）法进行计算。首先介绍了PEEC的基本理论以及部分参数的计算方法，然后建立耦合线圈的部分元等效电路模型，对平面矩形螺旋线圈的自感和互感进行计算，通过计算结果和实验结果的对比验证了PEEC法计算参数的高效性和准确性。在此基础上，分别建立了双线圈系统和单共振磁耦合谐振式无线电能传输系统，采用PEEC法结合电路法对2个系统的传输特性分别进行了研究和分析，并通过与有限元法计算结果的对比，验证了所提方法的准确性和快速性。     

混合电磁结构磁性部分元等效电路建模技术的解析及实验研究

磁性材料在电磁结构中广泛应用,而传统(标准) 部分元等效电路(partial element equivalent circuit,PEEC)方法对包含磁性材料的各种结构进行分析时已无能为力。针对基于几何平均距离和空间磁介质均匀化处理的新型磁性PEEC建模方法(magnetic PEEC,MagPEEC),该文提出使用同轴电缆解析计算以及大型钢板耦合与邻近效应实验对该建模方法进行验证。利用解析法对给定同轴电缆单位长度电阻与电感参数进行了计算,并将计算结果与由MagPEEC建模计算的结果进行了比较;分大型舰船钢板差模回路耦合和共模回路耦合干扰两种情况,对MagPEEC建模计算的耦合阻抗进行了实验验证;利用所研制的钢板地电流测量装置在钢板中部进行测量,并将测量结果和MagPEEC理论计算的结果进行比较,从而实现金属壳体地电流测量和MagPEEC理论计算方法的直接验证。利用该文所提供的解析方法和3种实验方法,对MagPEEC建模技术进行了充分证明,为MagPEEC建模技术的推广使用奠定了基础。     

单根伸长接地体的冲击特性与仿真模型的研究

冲击接地阻抗是影响输电线路防雷等级和雷击跳闸率的重要因素。目前,通常采用模拟试验或者仿真计算来研究冲击接地阻抗,无法真实反映接地体冲击接地特性。为了研究接地体在冲击电流下的特性,本文采用大型冲击电流发生器对接地体进行真型试验研究,以多种型式接地体为研究对象,讨论了冲击电流幅值和接地极尺寸对接地体冲击特性的影响并建立了接地体冲击接地阻抗EMTP仿真模型。试验结果表明,冲击电流幅值升高、接地体长度增加或截面直径增大都会使冲击接地阻抗降低,且接地体长度和冲击电流幅值的影响均出现饱和现象;仿真结果表明,通过分段π型等值电路Models模型建立的接地体冲击接地阻抗仿真模型可有效计算接地体冲击接地阻抗。     

球形偶极子电场传感器的仿真建模与分析

针对常用瞬态电磁脉冲测试手段的缺点,笔者给出了一种新型的球形偶板子电场传感器,并对其进行了仿真建模和分析.文中分别在时、频域研究了负载阻抗变化和传感器尺寸变化对其测试特性的影响,并直观地给出了传感器输出电压的波形失真情况及其频率特性.结果显示:传感器低频特性受其负载阻抗影响显著,而其高频特性受传感器尺寸影响显著.分析结...     

复杂接地系统冲击接地特性的数值计算及试验

为抑制变电站开关操作时产生的瞬态电磁场对站内二次设备的干扰,通常将二次电缆的屏蔽层双端接地。而雷击变电站接地网时,由于接地网的高频接地阻抗较大,在屏蔽层的两个接地点会产生很大的地电位差,这一电位差将通过二次电缆的转移阻抗耦合至二次设备,影响二次设备的正常工作。将矩量法与传输线理论相结合,将无穷远处视为零电位参考点,提出了分析复杂接地系统冲击接地特性的理论计算模型,该计算模型在频率不高或电缆长度较短的情况下,可简化为集中参数电路模型。为验证计算模型的正确性,还在试验接地网上进行了冲击接地试验,理论计算与测量结果比较吻合。该计算模型及方法可用于实际变电站接地网的冲击接地特性研究以及二次电缆电磁干扰的数值预测。     

适用于配电网潮流计算的改进回路电流法

为使回路电流法适于配电网潮流分析,在π型等值电气元件的基础上,以阻抗支路为链支、接地支路为树支,忽略了线路对地导纳和变压器对地支路,建立了配电网回路电流分析模型。采用恒阻抗负荷模型替代恒功率负荷模型,将回路电流方程简化为线性方程组进行求解,给出了对退化节点的处理方法,分析了回路电流法和回路阻抗法的异同。算例结果验证了该方法的有效性。     

应用StatMod对开关电路传导共模电流的建模

开关电路的EMI噪声与电路的拓扑布线密切相关。由于对共模电流精确仿真的需要,采用基于局部元等效电路法（partial element equivalent circuit,PEEC)的软件StatMod分析开关电路的共模电流,对电路的寄生参数进行抽取和计算。建立这一模型的基础在于,共模电流主要和各个节点的分布电容有关,尤其是那些具有高di/dt和高dv/dt的电路节点。实验结果表明,所建立的共模电流模型10MHz范围内和仿真结果基本符合。     

基于局部元等效电路原理对混合封装电力电子集成模块内互感耦合的研究

低压大电流混合封装电力电子集成模块(IPEM)内部功率电路与控制和驱动电路之间的互感耦合是电磁干扰的主要途径之一，为了准确预测电磁干扰的强度，需要对耦合互感进行精确计算，文中针对这个问题展开研究。首先，分析了功率电路的高频环流问题；其次，采用局部元等效电路(PEEC)原理对高频环流回路与典型控制和驱动回路之间的耦合互感进行了计算；最后，通过仿真和实验对计算结果进行了验证，表明该文对高频环流的干扰分析以及对耦合互感的计算方法是正确并且有效的。     

基于PEEC模型分析的H桥单元直流母线的改进设计

以广泛用于高压大容量功率变换的H桥单元逆变器为研究对象,将其直流母线改进为层叠母排结构,基于部分单元等效电路(PEEC)的方法建立了改进前、后母线的等效电路。对母线PEEC模型的等效参数进行分析表明,改进后母线的等效电感与等效电阻下降了一个数量级,而正负母线之间的等效电容增加了100倍以上。计及直流滤波电容组参数的电路仿真表明,在同样的开关暂态电流激励下,母线结构改进后,暂态电压的上升率和峰值比改进前减小了50%以上。试验与仿真结果符合较好,证明了改进是有效的。     

Analysis and reduction of radiated EMI noise from converter systems

It is well known that high dv/dt rates on switching devices are the source of EMI noise. This paper describes a mechanism and reduction methods of radiated EMI noise on IGBTs. The radiated EMI noise is generated by oscillating current flowing through the IGBT's output capacity and the snubber circuit, which we call equivalent circuit of radiated EMI noise. The oscillating current of the equivalent circuit is forced to flow by high dv/dt rates of IGBT switching operation. Radiated EMI noise can be analyzed by frequency evolution of oscillating current. The results of this analysis show the relationship of high‐frequency impedance of the equivalent circuit to radiated EMI noise, as well as the behavior of the IGBT's switching voltage waveform. In addition, it is indicated that using a di/dt control gate drive circuit is effective as a means for reducing radiated EMI noise. It is clarified that the standard for industrial equipment of CISPR can be satisfied by using the proposed gate drive circuit. The effects of the method have been verified by experimental and simulational results. © 1999 Scripta Technica, Electr Eng Jpn, 130(1): 106–117, 2000     

电路辐射干扰机理诊断与特性估计

针对远场测试无法准确获取电路辐射机理且电磁测量过程复杂问题,提出基于近场测量的高频电路辐射机理快速诊断和基于电路射频参数测量的空间场辐射特性快速预估方法。首先,通过近场电磁场天线测量得到波阻抗及与测试点空间位置关系,分别根据共模和差模辐射的近场特性进行机理诊断;其次,根据共模辐射电流与空间总辐射场之间关系,得到基于射频共模电流分析的辐射EMI估计方法;最后,完成了针对不同无线通信设备和高速数字PCB的辐射干扰诊断与抑制实验,结果验证了文中方法的有效性。此外还利用美国ETS-Lindgren公司3m法标准电波暗室做了对比测试,结果吻合较好且误差小于5.13%。     

渐近波形估算方法在金属导体部分元等效电路模型缩减中的应用

利用部分元等效电路(PEEC)对金属导体进行建模后,通过对角解耦求取系统缩减等效电路时会耗费大量的计算时间和计算机资源.因此,本文根据缩减系统总导纳和原始电路总导纳相等的关系,将两种情况下的总导纳对复频率s进行幂级数展开并令对应的系数相等,得到了以解耦缩减等效电路参数为未知量的非线性方程.在此基础上,利用渐近波形估算方法(AWE)对系统进行缩减处理,给出了考虑集肤效应时独立于频率之外的解耦缩减等效电路模型,得到了对应的电阻及电感参数,并通过算例验证了该缩减方法的正确性.本文研究成果为PEEC方法和AWE模型缩减方法的广泛应用奠定了基础,具有较重要的理论和工程应用价值.     

A vectorized multiscale compressed decomposition‐based solver for partial element equivalent circuit method

The high level of integration has made the analysis and design of integrated circuits and packages increasingly challenging. Hence, there exists an urgent need to reduce the computational complexity of existing numerical methods. The integral equation‐based method known as the partial element equivalent circuit (PEEC) method naturally generates an equivalent circuit that can be analyzed in both the time and frequency domains. The enforcement of Kirchhoff laws to the equivalent circuit may easily result into a very large set of equations whose solution can be extremely time‐consuming. In this paper, we propose a vectorized version, over the frequency sweep, of the adaptive cross approximation algorithm. Furthermore, the multiscale block decomposition is applied to the PEEC method, powered by a vectorization strategy and an efficient management of the random access memory. It is found that the proposed use of vectorization and compression techniques in the framework of the multiscale block decomposition results in a significant computational speedup of the frequency‐domain analysis of PEEC models. The efficiency and accuracy of the proposed method are demonstrated through its application to two pertinent problems. Copyright © 2014 John Wiley & Sons, Ltd.