一种用于动车组的变电容可控抑制频带EMI滤波器的制作方法

本实用新型属于滤波控制技术领域，涉及一种用于动车组的变电容可控抑制频带EMI滤波器。

背景技术：

随着开关电源的高频化、小型化、高密度化的发展趋势，其传导EMI越来越严重，EMI滤波器是消除开关电源中传导电磁干扰的有效手段。在轨道交通高速动车组牵引变流器、城市地铁的牵引变流器应用领域中，伴随着设备运行环境的改变及设备随运行时间的老化，其产生的电磁干扰频谱就会发生新的变化，这样会让已经装好的无频带可控能力的EMI滤波器的滤波效果无法得到保证，牵引变流器等设备会因电磁干扰超标问题对内及对外产生影响。

技术实现要素：

本实用新型的目的是提供一种用于动车组的变电容可控抑制频带EMI滤波器，解决了现有技术中无源EMI滤波器滤波频带不可控，无源EMI滤波器不能适应频带变化，因电磁干扰超标工作失效的问题。

本实用新型所采用的技术方案是，一种用于动车组的变电容可控抑制频带EMI滤波器，包括接入设备的三条输入线，分别为L线、N线及PE线，L线上设置有差模电感一，N线上设置有差模电感二，L线和N线之间连接有共模扼流圈；

共模扼流圈的上输出端和下输出端并联有多组差模电容组，每个差模电容组中包括一个差模电容和一个差模电容开关；共模扼流圈的上输出端和下输出端另外与PE线之间并联有多组共模电容组，每个共模电容组中包括两个共模电容和一个共模电容开关；每个差模电容组与一个共模电容组一一对应称为一组电容开关。

本实用新型的用于动车组的变电容可控抑制频带EMI滤波器，其特征还在于：

所述的电容开关设置有三组，其中，开关电容组一中，L线通过差模电容一及差模电容开关一与N线连接；PE线与共模电容开关一连接，共模电容开关一另一端同时连接有共模电容一和共模电容二，共模电容一另一端接入N线，共模电容二另一端接入L线；

同样，开关电容组二中，L线通过差模电容二及差模电容开关二与N线连接；PE线与共模电容开关二连接，共模电容开关二另一端同时连接有共模电容三和共模电容四，共模电容三另一端接入N线，共模电容四另一端接入L线；

同样，开关电容组三中，L线通过差模电容三及差模电容开关三与N线连接；PE线与共模电容开关三连接，共模电容开关三另一端同时连接有共模电容五和共模电容六，共模电容五另一端接入N线，共模电容六另一端接入L线。

所述的共模扼流圈选取的电感值为4μH，差模电感一和差模电感二选取的电感值均为11.25μH。

所述的共模电容一和共模电容二均选取耐压为4000V、容值为40pF的薄膜电容；共模电容三和共模电容四均选取耐压为4000V、容值为4355pF的薄膜电容；共模电容五和共模电容六均选取耐压为4000V、容值为5pF的薄膜电容。

所述的差模电容一选取耐压为4000V、容值为1800pF的薄膜电容；差模电容二选取耐压为4000V、容值为18pF的薄膜电容；差模电容三选取耐压为4000V、容值为2pF的薄膜电容。

本实用新型的有益效果是，该变电容可控抑制频带EMI滤波器能够解决轨道交通高速动车组中牵引变流器的电磁干扰问题，着重用在解决因为设备运行环境的改变，以及设备随运行时间的老化现象而导致的电磁干扰频带发生变化的问题。通过改变EMI滤波器内的电容容值进一步改变EMI滤波器的可抑制频带范围，使EMI滤波器在9k-30MHz频率范围内实现有级可调抑制频带，突破了传统的无源EMI滤波器滤波频带不可控的限制，针对设备运行环境的改变及器件随运行时间的老化所发生的干扰频率变化问题，可以实现对滤波频带的有级调控，不仅可以满足设备要求的电磁干扰指标，而且还能保证滤波器的滤波效果。

附图说明

图1是本实用新型变电容可控抑制频带EMI滤波器的电路拓扑图；

图2是本实用新型变电容可控抑制频带EMI滤波器的共模等效电路图；

图3是本实用新型变电容可控抑制频带EMI滤波器的差模等效电路图；

图4是本实用新型变电容可控抑制频带EMI滤波器在高速动车组牵引输电系统中的安装位置示意图。

图中，1.L线，2.N线，3.PE线，4.差模电感一，5.差模电感二，6.共模扼流圈，7.差模电容一，8.差模电容开关一，9.共模电容一，10.共模电容开关一，11.共模电容二，12.差模电容二，13.差模电容开关二，14.共模电容三，15.共模电容开关二，16.共模电容四，17.差模电容三，18.差模电容开关三，19.共模电容五，20.共模电容开关三，21.共模电容六，22.开关电容组一，23.开关电容组二，24.开关电容组三，25.交流接触网，26.受电弓，27.变压器，28.牵引变流器，29.三相异步电机。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型进行详细说明。

本实用新型的用于动车组的变电容可控抑制频带EMI滤波器，由差模电感、共模扼流圈、开关、不同容值的电容组构成。该滤波器的抑制频带是由截止频率来划分。截止频率是滤波器中导通频带和截止频带的交点，截止频率是由滤波器中的共模电感Lcm、差模电感Ldm以及电容Ceq共同决定的，由计算得到滤波器的等效截止频率；滤波器中，电感L串联在电路中，作用是通过串联一个高阻抗，阻断骚扰信号的流通，从而减少负载中的骚扰电压；电容C并联在电路中，作用是通过并联一个低阻抗的通路，使得骚扰电流分流，从而减少负载上的骚扰电流。不同大小的电感电容会产生谐振作用，其中电容值的变化直接影响到谐振频率，从而影响滤波器的截止频率。因此，本实用新型的滤波器只考虑改变电容的方式来控制滤波器截止频率的变化，采取固定电感值的方式，改变电容值，从而实现不同抑制频带的调控。在该滤波器拓扑结构中，接入电路中的共模扼流圈和差模电感的电感值固定，其中电容值的改变使用开关选择器来选择接入电路的电容，每一组包括两个开关，分别用来控制接入电路中的差模电容和共模电容。通过选择接入电路中的电容组数，来改变等效电容值的大小，来实现有级的频带可控调节。

参照图1，基于上述的原理，本实用新型用于动车组的变电容可控抑制频带EMI滤波器拓扑结构是，包括接入设备的三条输入线，分别为L线1、N线2及PE线3，L线1上设置有差模电感一4(Ldm1)，N线2上设置有差模电感二5(Ldm2)，L线1和N线2之间连接有共模扼流圈6(Lcm)；差模电感一4和差模电感二5以及共模扼流圈6的电感值保持不变，在实施例滤波器的参数设计中，共模扼流圈6选取的电感值为4μH，差模电感一4和差模电感二5选取的电感值均为11.25μH；

共模扼流圈6的上输出端和下输出端并联有多组差模电容组(实施例为三组差模电容组)，每个差模电容组中包括一个差模电容和一个差模电容开关；共模扼流圈6的上输出端和下输出端另外与PE线3之间并联有多组共模电容组(实施例为三组共模电容组)，每个共模电容组中包括两个共模电容和一个共模电容开关；每个差模电容组与一个共模电容组一一对应称为一组电容开关，实施例三组电容开关具体连接结构是：

开关电容组一22中，L线1通过差模电容一7(Cdm1)及差模电容开关一8(Sd1)与N线2连接；PE线3与共模电容开关一10(Sc1)连接，共模电容开关一10另一端同时连接有共模电容一9(Ccm1，N线对地共模电容)和共模电容二11(Ccm1，L线对地共模电容)，共模电容一9另一端接入N线2，共模电容二11另一端接入L线1；

同样，开关电容组二23中，L线1通过差模电容二12(Cdm2)及差模电容开关二13(Sd2)与N线2连接；PE线3与共模电容开关二15(Sc2)连接，共模电容开关二15另一端同时连接有共模电容三14(Ccm2，N线对地共模电容)和共模电容四16(Ccm2，L线对地共模电容)，共模电容三14另一端接入N线2，共模电容四16另一端接入L线1；

同样，开关电容组三24中，L线1通过差模电容三17(Cdm3)及差模电容开关三18(Sd3)与N线2连接；PE线3与共模电容开关三20(Sc3)连接，共模电容开关三20另一端同时连接有共模电容五19(Ccm3，N线对地共模电容)和共模电容六21(Ccm3，L线对地共模电容)，共模电容五19另一端接入N线2，共模电容六21另一端接入L线1。以此类推可以设置有多组。

参照图2，是根据图1的滤波器电路拓扑图得到的共模等效电路图，共模扼流圈6接入L线1及N线2之间，连入电路中的电容总体分为3组。滤波器的第一组电容由共模电容开关一10(Sc1)控制接入电路中的共模电容一9(Ccm1)和共模电容二11(Ccm1)；共模电容一9和共模电容二11均选取耐压为4000V、容值为40pF的薄膜电容；滤波器的第二组电容由共模电容开关二15(Sc2)控制接入电路中的共模电容三14(Ccm2)和共模电容四16(Ccm2)，共模电容三14和共模电容四16均选取耐压为4000V、容值为4355pF的薄膜电容；滤波器的第三组电容由共模电容开关20(Sc3)控制接入电路中的共模电容五19(Ccm3)和共模电容六21(Ccm3)，共模电容五19和共模电容六21均选取耐压为4000V、容值为5pF的薄膜电容。根据接入电路中的电容组数不同，分成了以下几种情况：

第一级状态，接入电路中的等效电容值C为8800pF，滤波器截止频率为848kHz，滤波器通带为9kHz—848kHz，阻带为848kHz—30MHz；第二级状态，接入电路中的等效电容值为4400PF，滤波器截止频率为1.2MHz，滤波器通带为9kHz—1.2MHz，阻带为1.2MHz—30MHz；第三级状态，接入电路中的等效电容值为80pF，滤波器截止频率为9MHz，滤波器通带为9kHz—9MHz，阻带为9MHz—30MHz；第四级状态，接入电路中的等效电容值为50pF，滤波器截止频率为11.3MHz，滤波器通带为9kHz—11.3MHz，阻带为11.3MHz—30MHz；第五级状态，接入电路中的等效电容值为12pF，滤波器截止频率为23MHz，滤波器通带为9kHz—23MHz，阻带为23MHz—30MHz。具体的五种级数参数情况见下表1所示。

表1、共模等效情况下五种级数的滤波器频带

本实用新型的共模等效状态只以3组电容5个级数为例进行计算，同时也适用于开关数为n组的情况。

参照图3，是根据图1的拓扑图得到的差模等效电路图，差模电感一4和差模电感二5分别为L线1和N线2的差模电感，连入电路中的电容总体分为3组。第一组电容中由差模电容开关一8(Sd1)控制接入电路中的差模电容一7(Cdm1)，差模电容一7选取耐压为4000V、容值为1800pF的薄膜电容；第二组电容由差模电容开关二13(Sd2)控制接入电路中的差模电容二12(Cdm2)，差模电容二12选取耐压为4000V、容值为18pF的薄膜电容；第三组电容由差模电容开关三18(Sd3)控制接入电路中的差模电容三17(Ccm3)，差模电容三17选取耐压为4000V、容值为2pF的薄膜电容。根据接入电路中的电容组数不同，分成了以下几种情况，实施例具体的四种级数的滤波器频带参数见下表2所示。

表2、差模等效情况下四种级数的滤波器频带

第一级状态，接入电路中的等效电容值C为2000pF，滤波器截止频率为750kHz，滤波器通带为9kHz—750kHz，阻带为750kHz—30MHz；

第二级状态，接入电路中的等效电容值为1818pF，滤波器截止频率为787kHz，滤波器通带为9kHz—787kHz，阻带为787kHz—30MHz；

第三级状态，接入电路中的等效电容值为20pF，滤波器截止频率为7.7MHz，滤波器通带为9kHz—7.7MHz，阻带为7.7MHz—30MHz；

第四级状态，接入电路中的等效电容值为2pF，滤波器截止频率为23.7MHz，滤波器通带为9kHz—23.7MHz，阻带为23.7MHz—30MHz。

本实用新型的差模等效状态只以3组电容4个级数为例进行计算，同时也适用于开关数为n组的情况。

参照图4，动车组牵引输电系统主要包括从25KV50Hz的电力接触网25上获取电能的受电弓26，受电弓26与动车组的变压器27连接，变压器27将电压等级降低，在变压器27的单相交流输入端和牵引变流器28的进出线之间安装有滤波器30(滤波器30即本实用新型的变电容可控抑制频带EMI滤波器)，牵引变流器28再与三相异步电机29连接。本实用新型的用于动车组的变电容可控抑制频带EMI滤波器不仅适用于高铁牵引系统，还适用于其他的开关功率变化器的应用场合，例如城市轨道交通的地铁、观光轨道车、以及用电驱动的普通电气机车。