多电飞机系统传导电磁干扰交互作用的干扰源分析方法

本发明涉及多电飞机系统传导电磁干扰交互作用的干扰源分析方法，属于多电飞机系统电磁干扰。

背景技术：

1、多电飞机系统主要采用电力电子变换装置，如整流、逆变、斩波等，实现不同电压等级之间的转换。随着电力电子技术的不断突破，更高的开关频率和功率密度以及更低的功耗是未来电力电子变换装置研究的主要目标。

2、电力电子技术迅猛发展的同时，其电磁干扰(emi)问题越发突出。一方面，对于高功率密度的电力电子变换装置，其开关频率、器件、pcb设计以及走线方式都与传统的电源有很大差异；另一方面，随着电力电子变换装置的快速发展和广泛应用，其小型化、高频化的发展趋势使得其电磁干扰问题越来越严重。因此，针对性emi策略的缺失，已经成为限制电力电子变换装置发展的一大瓶颈。问题的紧迫性与必然性，使得电力电子变换装置的emi特征建模成为一项颇具意义的工作。

3、机载设备通常对重量较为敏感，电力电子变换装置体积较小，难以使用传统的大体积emi滤波器，因此传导emi噪声容易通过线缆传输，对系统中的敏感设备造成影响。目前多电飞机系统设备的emi噪声均只能在产品定型或制作样机后检测，若检测发现产品的emi噪声超标，则仅能在现有产品拓扑结构不变的条件下设计噪声抑制方案，往往事倍功半，甚至需要重新设计产品拓扑。因此，研究多电飞机系统的电力电子变换装置emi交互作用机理具有重要的工程意义。

4、对于多电和全电飞机而言，机上用电设备大量增加，多等级电网混合交联、多元化电气设备动态加载条件下，电磁干扰呈现出多干扰源、多耦合途径的特点，对飞机电磁兼容性分析提出了更高的要求。目前多电系统级电磁兼容分析方法在多干扰源叠加、多耦合途径混合条件下仍面临较大的困难，如基于电路方法的电力电子装置、一体化电机系统的传导发射面临寄生参数提取困难、模型复杂且准确度不高。

技术实现思路

1、针对现有多电飞机系统设备需要在实物状态下对干扰源进行emi噪声分析，对超标的emi噪声很难有效抑制的问题，本发明提供一种多电飞机系统传导电磁干扰交互作用的干扰源分析方法。

2、本发明的一种多电飞机系统传导电磁干扰交互作用的干扰源分析方法，包括，

3、所述多电飞机系统包括dc/dc变换器支路、电机及驱动器支路和dc/ac逆变器支路；

4、在dc/dc变换器支路中，dc/dc变换器的输入端通过断路器一连接到270v直流母线，dc/dc变换器的输出端连接直流负载；

5、电机及驱动器支路中，电机驱动器的输入端通过断路器二连接到270v直流母线，电机驱动器的输出端连接永磁同步电机；

6、dc/ac逆变器支路中，dc/ac逆变器的输入端通过断路器三连接到270v直流母线，dc/ac逆变器的输出端连接交流负载；

7、将dc/dc变换器、电机驱动器和dc/ac逆变器中的igbt分别作为产生高频干扰的干扰源，对三条支路的组成元件进行高频电感、寄生电感和寄生电容的等效，分别得到dc/dc变换器支路高频等效模型、电机及驱动器支路高频等效模型和dc/ac逆变器支路高频等效模型；

8、对dc/dc变换器支路、电机及驱动器支路和dc/ac逆变器支路按照挂网运行和挂网停机进行工况分类后，再由对应的高频等效模型通过等效阻抗的变换，得到高频等效电路，根据高频等效电路得到针对干扰源的电流表达式，确定干扰源通过直流母线对多电飞机系统中敏感设备的干扰路径。

9、根据本发明的多电飞机系统传导电磁干扰交互作用的干扰源分析方法，dc/dc变换器支路包括半桥电路、变压器一、整流器和滤波器；

10、由半桥电路中igbt形成的等效干扰源电压vcm1、dc/dc变换器输入导线的电感ldccab1和寄生电容cdccab1、dc/dc变换器输出导线的电感ldccab11、半桥电路中igbt的发射极高频寄生电容ce1和集电极高频寄生电容cc1、半桥电路桥臂中点对地电容co1、变压器一的匝间寄生电容和绕组间寄生电容、整流器中整流二极管对地电容cd1、滤波器中电感的寄生电容和电容的寄生电感构建dc/dc变换器支路高频等效模型。

11、根据本发明的多电飞机系统传导电磁干扰交互作用的干扰源分析方法，电机及驱动器支路包括永磁同步电机和电机驱动器，电机驱动器采用三相半桥电路实现；

12、由三相半桥电路中igbt形成的等效干扰源电压vcm2、电机驱动器输入导线的电感ldccab2和寄生电容cdccab2、永磁同步电机的高频等效阻抗zpmsm、三相半桥电路中igbt的发射极高频寄生电容ce2和集电极高频寄生电容cc2、三相半桥电路桥臂中点对地电容为co2和电机驱动器与永磁同步电机之间导线的电感laccab2构建电机及驱动器支路高频等效模型。

13、根据本发明的多电飞机系统传导电磁干扰交互作用的干扰源分析方法，dc/ac逆变器支路包括单相全桥电路、变压器二和输出滤波器；

14、由单相全桥电路中igbt形成的等效干扰源电压vcm3、dc/ac逆变器输入导线的电感ldccab3和寄生电容cdccab3、输出导线的电感laccab3、单相全桥电路中igbt的发射极高频寄生电容ce3和集电极高频寄生电容cc3、单相全桥电路桥臂中点对地电容为co3、变压器二的匝间寄生电容和绕组间寄生电容、输出滤波器中电感的寄生电容和电容的寄生电感构建dc/ac逆变器支路高频等效模型。

15、根据本发明的多电飞机系统传导电磁干扰交互作用的干扰源分析方法，各支路高频等效模型中的高频参数通过测量加拟合的方法确定；

16、在高频等效电路的基础上运用叠加定理对飞机系统的交互电磁干扰进行分析，根据计算得到的高频等效模型中的高频参数预测交互电磁干扰对多电飞机系统中敏感设备的干扰路径。

17、根据本发明的多电飞机系统传导电磁干扰交互作用的干扰源分析方法，各支路高频等效模型中高频参数的具体计算方法为：

18、对高频等效模型进行阻抗参数的推导，得到包含未知高频参数的阻抗关系式，使用阻抗分析仪测试设备的实际阻抗特性曲线，得到实际阻抗特性数据；再采用包含未知高频参数的阻抗关系式拟合实际阻抗特性曲线，计算得到各高频等效模型中对应的高频参数的值。

19、根据本发明的多电飞机系统传导电磁干扰交互作用的干扰源分析方法，选取工况1为dc/dc变换器支路挂网运行，电机及驱动器支路和dc/ac逆变器支路挂网停机，则电机驱动器和dc/ac逆变器中的igbt桥臂对dc/dc变换器形成新干扰电流传导路径，包括三相半桥电路和单相全桥电路的igbt桥臂上管对地电容3cc2和2cc3、igbt桥臂下管对地电容3ce2和2ce3、导线电感ldccab2/2和ldccab3/2；则新干扰电流传导路径的阻抗zdc2,3为：

20、

21、式中zdclcab3为电感ldccab3的等效阻抗，zdclcab2为电感ldccab2的等效阻抗；zbus2和zbus3为中间变量：

22、zbus2＝3zc2+3ze2+2zdcccab2，

23、zbus3＝2zc3+2ze3+2zdcccab3，

24、式中zc2为集电极高频寄生电容cc2的等效阻抗，ze2为发射极高频寄生电容ce2的等效阻抗，zdcccab2为寄生电容cdccab2的等效阻抗；zc3为集电极高频寄生电容cc3的等效阻抗，ze3为发射极高频寄生电容ce3的等效阻抗，zdcccab3为寄生电容cdccab3的等效阻抗；

25、则工况1的共模电流icm工况1为：

26、

27、式中zdcload为直流负载对地阻抗，zdccab11为电感ldccab11的等效阻抗，zdcfilt1为dc/dc变换器中滤波器电感ldcfilt1的等效阻抗，zd1为dc/dc变换器中整流二极管对地阻抗，zc1为变压器一的匝间寄生电容等效阻抗，zt1为变压器一的绕组间寄生电容等效阻抗，zo1为半桥电路igbt桥臂中点对地电容co1的等效阻抗，zgrid为lisn的共模阻抗，zdclcab1为导线电感ldclcab1的等效阻抗，zdcccab1为寄生电容cdccab1的等效阻抗；

28、zigbt1为半桥电路中igbt的等效阻抗：

29、zigbt1＝zc1+ze1，

30、式中zc1为集电极高频寄生电容cc1的等效阻抗，ze1为发射极高频寄生电容ce1的等效阻抗。

31、根据本发明的多电飞机系统传导电磁干扰交互作用的干扰源分析方法，根据工况1的共模电流icm工况1进行干扰路径的分析得到：

32、在低频段，频率f小，且由于ldccab2/2、ldccab3/2、ce2、ce3、cc2和cc3的值为μh级和pf级，zdc2,3表现为比zgrid大的感性阻抗；由于zdc2,3与zgrid并联，所以新干扰电流传导路径不会对dc/dc变换器的传导电磁干扰产生明显影响；

33、随着频率增加，当zdc2,3接近25ω时，新干扰电流传导路径对dc/dc变换器的传导电磁干扰会产生明显影响；

34、受变压器一的影响，zc1+zt1为比zdcload大的值，dc/dc变换器受直流负载对地阻抗zdcload影响较小。

35、根据本发明的多电飞机系统传导电磁干扰交互作用的干扰源分析方法，选取工况2为dc/dc变换器支路、电机及驱动器支路和dc/ac逆变器支路均挂网运行；分别计算三个支路在dc/dc变换器直流侧产生的共模电流，运用叠加定理得到工况2总的共模电流i”cm：

36、i”cm＝i”cm1+i”cm2+i”cm3，  (3)

37、式中i”cm1为dc/dc变换器支路在其直流侧产生的共模电流，i”cm2为电机及驱动器支路在dc/dc变换器直流侧产生的共模电流，i”cm3为dc/ac逆变器支路在dc/dc变换器直流侧产生的共模电流；

38、对三条支路分别计算支路等效阻抗：

39、

40、式中z1为dc/dc变换器支路的等效阻抗；

41、z2为电机及驱动器支路的等效阻抗，zaccab2为导线电感laccab2的等效阻抗，zo2为三相半桥电路igbt桥臂中点对地电容co2的等效阻抗，zdclcab2为电感ldclcab2的等效阻抗，zdcccab2为寄生电容cdccab2的等效阻抗；

42、zigbt2为三相半桥电路中igbt的等效阻抗：

43、zigbt2＝zc2+ze2，

44、式中zc2为集电极高频寄生电容cc2的等效阻抗，ze2为发射极高频寄生电容ce2的等效阻抗；

45、z3为dc/ac逆变器支路的等效阻抗，zac3为交流负载对地阻抗，zaccab3为电感laccab3的等效阻抗，zacfilt3为输出滤波器对地阻抗，zc3为变压器二的匝间寄生电容等效阻抗，zt3为变压器二的绕组间寄生电容等效阻抗，zo3为单相全桥电路igbt桥臂中点对地电容为co3的等效阻抗，zdclcab3为电感ldccab3的等效阻抗，zdcccab3为寄生电容cdccab3的等效阻抗；

46、zigbt3为单相全桥电路中igbt的等效阻抗：

47、zigbt3＝zc3+ze3，

48、式中zc3为集电极高频寄生电容cc3的等效阻抗，ze3为发射极高频寄生电容ce3的等效阻抗；

49、则：

50、

51、

52、

53、根据本发明的多电飞机系统传导电磁干扰交互作用的干扰源分析方法，根据工况2的共模电流i”cm1、i”cm2和i”cm3进行对dc/dc变换器干扰路径的分析：

54、1)分析dc/dc变换器的等效干扰源电压vcm1产生的影响，令vcm2和vcm3为0；电机及驱动器支路和dc/ac逆变器支路在挂网运行时额外引入co2、co3、等效阻抗zc3+zt3和zpmsm；zgrid为25ω，在低频段，z2和z3的阻抗远大于25ω，zgrid所在路径产生的干扰为主要干扰；随着频率增加，z2和z3的并联阻抗接近或小于25ω时，z2和z3对ic”m产生明显影响；

55、2)分析等效干扰源电压vcm2产生的影响，令vcm1和vcm3为0；干扰源vcm2在dc/dc变换器的直流侧产生大小为i”cm2的干扰，从而对dc/dc变换器产生影响；同理，干扰源vcm3在dc/dc变换器直流侧产生大小为i”cm3的干扰；

56、i”cm2和i”cm3对dc/dc变换器的影响将由其大小决定：

57、若i”cm1＞i”cm2＞i”cm3或者i”cm1＞i”cm3＞i”cm2，则dc/dc变换器自身产生的干扰为主要干扰；

58、若i”cm2＞i”cm3＞i”cm1或者i”cm3＞i”cm2＞i”cm1，则干扰源vcm2和vcm3产生的干扰大于dc/dc变换器自身产生的干扰；

59、若i”cm2＞i”cm1＞i”cm3或者i”cm3＞i”cm1＞i”cm2，则干扰源vcm2和vcm3产生的干扰至少有一个大于dc/dc变换器自身产生的干扰。

60、本发明的有益效果：本发明通过对多电飞机系统传导电磁干扰交互作用机理进行分析并建模，来确定对敏感设备产生干扰的主要干扰源，从而可以采用针对性的技术手段抑制干扰，实现电磁干扰防护。

61、本发明方法选取的建模对象为多电飞机的常见设备，分析过程和建模方法具有普适性，便于推广使用；本发明方法建立的高频等效模型充分考虑了如输入输出线缆等寄生参数对电路的影响，模型更加逼近真实系统；本发明方法基于精确的高频等效电路，通过拟合得到的高频参数准确度高；设备间电磁干扰交互作用分析充分考虑了各设备的各种常见工况，采用基于叠加原理的分析方法，思路清晰，阐明设备间电磁干扰交互作用的机理。

62、本发明方法可应用于多电飞机系统传导电磁干扰交互作用分析与抑制领域，具有广泛的应用前景和较大的推广价值。