本發(fā)明涉及高壓閥冷傳感器系統(tǒng)，具體為一種共模emi濾波電感寬頻阻抗預(yù)測及提升方法。

背景技術(shù)：

1、隨著經(jīng)濟(jì)以及新興產(chǎn)業(yè)的不斷發(fā)展，對于電力資源的需求逐步增大。此外，由于我國的產(chǎn)業(yè)格局，特高壓直流輸電能夠很好的滿足對于高效率、低損耗以及長距離傳輸?shù)囊?。換流閥是特高壓直流輸電中的一個重要部件，運行過程中平均電流較大，在長時間運行后會產(chǎn)生大量的熱量，影響換流閥的正常工作，嚴(yán)重甚至?xí)鹬绷鬏旊娤到y(tǒng)發(fā)生閉鎖事故，導(dǎo)致主網(wǎng)系統(tǒng)崩潰。因此，閥冷系統(tǒng)是換流閥最重要的輔助系統(tǒng)之一。閥冷系統(tǒng)傳感器用以收集循環(huán)水中的重要數(shù)據(jù)，并傳輸?shù)介y冷控制系統(tǒng)進(jìn)行處理，因此，閥冷系統(tǒng)傳感器的穩(wěn)定性直接決定了閥冷系統(tǒng)是否能正常工作。在換流站的設(shè)備布置中，大量的電力電子裝置密集放置，產(chǎn)生的高頻電磁輻射極易在信號線上感應(yīng)出共模干擾信號。此外，由于傳感器設(shè)計的小型化趨勢，其內(nèi)部電路也極易產(chǎn)生干擾信號。共模干擾信號通常依賴于共模濾波器中的共模電感進(jìn)行抑制。然而，由于寄生電容以及漏感的影響，高頻信號往往會使得共模電感的寬頻阻抗偏離理想電感器的特性。因此，精確地對共模電感器進(jìn)行建模對于有效優(yōu)化共模濾波器并使器件在不增加其重量和尺寸的情況下滿足電磁干擾標(biāo)準(zhǔn)至關(guān)重要。

2、目前常用的共模emi濾波電感高頻建模方法主要分為兩種：行為法和物理法。行為法需要先制造出共模emi濾波電感，然后通過擬合手段進(jìn)行建模，這會大大增加設(shè)計成本。物理法又可細(xì)分為有限元法和解析法。相比于有限元法，解析法不需要大量的時間和計算資源，能夠較快地基于設(shè)計的電感器幾何結(jié)構(gòu)得到相對高精度的阻抗結(jié)果。因此，解析法是目前共模emi濾波電感高頻建模中較為有前途的技術(shù)。許多團(tuán)隊已經(jīng)提出相關(guān)方法，但這些方法存在適用磁芯材料范圍窄和假設(shè)條件過于簡單的問題。目前主流的模型將每一匝看成一個獨立的單元，考慮了磁芯材料特性以及匝間以及匝與磁芯間的相互耦合。由于該模型可以直接根據(jù)電感器的幾何結(jié)構(gòu)來計算相關(guān)參數(shù)，因此在優(yōu)化設(shè)計共模emi濾波電感方面具有極大的設(shè)計優(yōu)勢。然而，該模型只是部分考慮了磁芯材料特性，將其當(dāng)成導(dǎo)體看待，但是并沒有考慮到磁芯內(nèi)部的電磁場效應(yīng)，進(jìn)而造成匝數(shù)越多，模型結(jié)果越精確，反之匝數(shù)越少，模型結(jié)果誤差越大這一情況。由于在當(dāng)前的電力電子設(shè)備中，開關(guān)頻率更高，使得電感量要求降低，少匝數(shù)甚至單匝的共模emi濾波電感逐步開始流行，因此，目前解析模型需要進(jìn)一步修正和完善以滿足當(dāng)前對于少匝數(shù)共模emi濾波電感精確建模的要求。

3、基于此，本發(fā)明針對當(dāng)前研究現(xiàn)狀，充分考慮共模emi濾波電感的實際幾何結(jié)構(gòu)、材料特性以及電磁場行為，提出了一種更具兼容性的共模emi濾波電感高頻建模和優(yōu)化方法，以更好地幫助設(shè)計人員優(yōu)化共模emi濾波電感，提升其高頻性能，進(jìn)而提高emi濾波器的降噪水平。這種方法時間、經(jīng)濟(jì)成本較低，效果較好，因而具有較高的應(yīng)用價值。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、針對現(xiàn)有共模emi濾波電感寬頻建模方法的不足，本發(fā)明提供了一種共模emi濾波電感寬頻阻抗預(yù)測及提升方法。其目的在于，摒除傳統(tǒng)共模emi濾波電感建模的不足，使得模型能夠適用于不同的情況，在不同的磁芯材料以及匝數(shù)下都保持一個較高的建模精度。

2、為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：一種共模emi濾波電感寬頻阻抗預(yù)測及提升方法，包括以下步驟：

3、改進(jìn)的共模emi濾波電感高頻等效電路，包括考慮上磁芯材料特性的影響，并將其表征為磁芯時變寄生電容cc，所述磁芯時變寄生電容cc并聯(lián)于繞組首末匝的兩端；

4、改進(jìn)的高頻等效電路參數(shù)提取，包括對于電路中參數(shù)提取，充分考慮電感器實際幾何條件，推導(dǎo)出解析公式，從而獲得所述電感器中每個區(qū)域更加精確的寄生電容值；

5、共模emi電感的優(yōu)化，包括設(shè)計共模emi濾波電感的優(yōu)化流程，根據(jù)電感量需求設(shè)計共模emi濾波電感的幾何結(jié)構(gòu)和匝數(shù)，隨后計算判斷是否需要考慮將磁芯時變寄生電容cc納入電路模型中，最后計算阻抗曲線，并判斷是否滿足需求。

6、作為優(yōu)選，所述改進(jìn)的共模emi濾波電感高頻等效電路的步驟包括電路模型由兩個繞組的電路模型并聯(lián)而成；單個繞組中，每個匝被視為一個獨立單元，包括串聯(lián)的自感l(wèi)s和磁芯損耗rs以及并聯(lián)的ctt，所述ctc的一端連接到單元的左側(cè)，另一端與另一所述ctc共享一個公共節(jié)點。

7、作為優(yōu)選，所述改進(jìn)的高頻等效電路參數(shù)提取的步驟包括：

8、s1、對于匝間電容的求取，分為內(nèi)部區(qū)域，外部區(qū)域，平行區(qū)域(正面、背面)。公式可以表示為：

9、

10、s11、匝間電容具體解析公式分別如下：

11、

12、

13、s2、對于匝到磁芯電容的求取，同樣分為內(nèi)部區(qū)域，外部區(qū)域，平行區(qū)域(正面、背面)。公式可以表示為：

14、

15、s21、匝到磁芯電容具體解析公式分別如下：

16、

17、s3、充分考慮了共模emi濾波電感的幾何特征，包括考慮繞組絕緣介電特性及厚度，繞組實際繞制長度以及實際等效匝到磁芯距離。

18、s31、繞組實際繞制長度中，所修正的平行區(qū)域長度表達(dá)式為：

19、

20、s32、實際等效匝到磁芯距離表達(dá)式為：

21、

22、作為優(yōu)選，所述共模emi電感的優(yōu)化包括以下步驟，判斷是否需要考慮將磁芯時變寄生電容cc納入電路模型中的方法包括計算電感值以及電容值，所述電容值包括空間寄生電容和磁芯時變寄生電容cc，通過計算的值與之前設(shè)計的匝數(shù)比較大??；如果設(shè)計的匝數(shù)大于此值，則不需要將磁芯電容納入電路模型當(dāng)中，若小于此值，則需要將磁芯電容構(gòu)建到電路模型當(dāng)中。

23、根據(jù)權(quán)利要求1所述的共模emi濾波電感高頻建模優(yōu)化方法，其特征在于，所述設(shè)計共模emi濾波電感的優(yōu)化流程包括針對性調(diào)整電感器的繞制方式、磁芯材料以及繞組型號。

24、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：

25、(1)本發(fā)明提供的改進(jìn)共模emi濾波電感高頻電路充分考慮了磁芯材料的影響，使得模型適用于不同的磁芯材料。

26、(2)本發(fā)明提供的改進(jìn)共模emi濾波電感高頻電路考慮了磁芯內(nèi)部時變電磁場的影響，使得模型適用于高介電常數(shù)磁芯的少匝數(shù)情況。

27、(3)本發(fā)明提供的改進(jìn)共模emi濾波電感高頻電路參數(shù)計算方法充分考慮了電感器實際幾何結(jié)構(gòu)，使得建模所使用的參數(shù)更加的精確。

28、(4)本發(fā)明提供的共模電感優(yōu)化設(shè)計方法可以更加便捷的設(shè)計和優(yōu)化共模emi濾波電感，結(jié)合此流程，針對性的調(diào)整電感器的繞制方式，磁芯材料，繞組型號等等因素，可以將共模emi濾波器的高頻性能最大程度的進(jìn)行提升。

技術(shù)特征：

1.一種共模emi濾波電感寬頻阻抗預(yù)測及提升方法，其特征在于，包括以下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種共模emi濾波電感寬頻阻抗預(yù)測及提升方法，其特征在于，所述改進(jìn)的共模emi濾波電感高頻等效電路的步驟包括電路模型由兩個繞組的電路模型并聯(lián)而成；單個繞組中，每個匝被視為一個獨立單元，包括串聯(lián)的自感l(wèi)s和磁芯損耗rs以及并聯(lián)的ctt，所述ctc的一端連接到單元的左側(cè)，另一端與另一所述ctc共享一個公共節(jié)點。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種共模emi濾波電感寬頻阻抗預(yù)測及提升方法，其特征在于，所述改進(jìn)的高頻等效電路參數(shù)提取的步驟包括：

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種共模emi濾波電感寬頻阻抗預(yù)測及提升方法，其特征在于，所述共模emi電感的優(yōu)化包括以下步驟，判斷是否需要考慮將磁芯時變寄生電容cc納入電路模型中的方法包括計算電感值以及電容值，所述電容值包括空間寄生電容和磁芯時變寄生電容cc，通過計算的值與之前設(shè)計的匝數(shù)比較大??；如果設(shè)計的匝數(shù)大于此值，則不需要將磁芯電容納入電路模型當(dāng)中，若小于此值，則需要將磁芯電容構(gòu)建到電路模型當(dāng)中。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的共模emi濾波電感高頻建模優(yōu)化方法，其特征在于，所述設(shè)計共模emi濾波電感的優(yōu)化流程包括針對性調(diào)整電感器的繞制方式、磁芯材料以及繞組型號。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種共模EMI濾波電感寬頻阻抗預(yù)測及提升方法，其特征在于，包括以下步驟：改進(jìn)的共模EMI濾波電感高頻等效電路；改進(jìn)的高頻等效電路參數(shù)提??；共模EMI電感的優(yōu)化；本發(fā)明可以使得在不采用阻抗測量的方式下提前精確獲得電感器的寬頻阻抗值以及電感器中各個區(qū)域的精確參數(shù)值。此外，所提出的優(yōu)化設(shè)計方法可以更加便捷以及快速的優(yōu)化和設(shè)計共模EMI濾波電感。

技術(shù)研發(fā)人員：李陽,謝桂泉,張朝輝,李金,雷鳴東,曹生輝,王振,禹晉云,王電處,張鵬望,李有有
受保護(hù)的技術(shù)使用者：中國南方電網(wǎng)有限責(zé)任公司超高壓輸電公司大理局
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/2