CN104730400A - 阻抗模拟装置及emi无源滤波器测试系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种阻抗模拟装置，它由可调电位器R0和m个电路单元组成，m个电路单元并联连接后与可调电位器R0串联；电路单元的两端分别与引线A和引线B连接；电路单元由n+1个并联连接的支路组成，第1个支路由依次相连的2个开关构成，其他n个支路的结构相同；其他n个支路分别由依次相连的电感性电路和电容性电路组成。本发明还提供一种WMI滤波器测试系统。本阻抗模拟装置，通过对开关矩阵进行控制，将负载自身的频域特性调节至目标频响曲线，具有模拟实际用电器频域特性的功能。将本阻抗模拟装置与EMI滤波器连接，即可验证在复杂用电环境下，EMI滤波器的实际滤波效果。
Description
技术领域
本发明属于涉及电力系统测试技术领域，尤其涉及一种阻抗模拟装置及EMI无源滤波器测试系统。
背景技术
对于电力电子装置的EMI无源滤波器，虽已有相应的标准对其插入损耗进行测试，然而无源滤波器的滤波效果（插入损耗）与滤波器两端的端口网络阻抗密切相关。当无源滤波器接入实际电力网络时，滤波器输入端口即电网输出端的源阻抗随用电器数量变化，滤波器输出端口即负载端的阻抗随用电器种类和数量变化，由于挂接于电网的用电器的数量、种类、接入及断开时间都是随机的，滤波器的输入端与输出端的阻抗并不等于测试时的标准阻抗，表现出频变及时变特征。在某些极端情况下，甚至有可能与电网外部电感或电容相互作用，造成振荡，放大谐波危害。然而现在的实验室并没有能生成指定阻抗特定的阻抗模拟装置，因此无源滤波器的实际滤波效果往往难以在实验室得到验证。
发明内容
本发明的目的在于提供一种具有模拟实际用电器频域特性功能，达到方便测试EMI无源滤波器性能的阻抗模拟装置，本发明还提供一种能准确测量EMI无源滤波器性能的EMI无源滤波器测试系统。
本发明通过控制一组开关的打开/闭合，达到改变电路拓扑结构与接入元件参数，模拟各种较复杂的目标阻抗特性的目的。将多个已置于不同开关状态的模拟负载挂接于电网，可模拟多个不同特性用电器同时挂接于电网之上的阻抗状态，适用于实验室环境中EMI无源滤波器的性能测试与选型。
本发明是这样实现的：
一种阻抗模拟装置，它由可调电位器R0和m个电路单元组成，其中m≥1；所述m个电路单元并联连接后与可调电位器R0串联；
所述m个电路单元的拓扑结构相同，且所述电路单元的两端分别与引线A和引线B连接；
所述电路单元由n+1个并联连接的支路组成，其中第1个支路由依次相连的开关SLp0和开关SCp0构成，其他n个支路的结构相同；其他n个支路分别由依次相连的电感性电路和电容性电路组成；开关SLp0与开关SCp0之间、电感性电路与电容性之间通过引线C连接。
按上述方案，所述电容性电路由依次相连的电容Cpq、开关SLpq组成；所述电感性电路由依次相连的开关SLpq、电感Lpq组成。
本发明还提供一种WMI滤波器测试系统，它包括第一阻抗模拟单元、第二阻抗模拟单元，所述第一阻抗模拟单元的输入端与电源连接，第一阻抗模拟单元的输出端与WMI滤波器的输入端连接，WMI滤波器的输出端与第二阻抗模拟单元的输入端连接，第二阻抗模拟单元的输出端与示波器连接；
第一阻抗模拟单元由1个以上串联连接的第一阻抗模拟装置组成，第二阻抗模拟单元由1个以上串联连接的第二阻抗模拟装置组成；
所述第一阻抗模拟装置与第二阻抗模拟装置的结构相同；
所述第一阻抗模拟装置由可调电位器R0和m个电路单元组成，其中m≥1；所述m个电路单元并联连接后与可调电位器串联；
所述m个电路单元的拓扑结构相同，且所述电路单元的两端分别与引线A和引线B连接；
所述电路单元由n+1个并联连接的支路组成，其中第1个支路由依次相连的开关SLp0和开关SCp0构成，其他n个支路的结构相同；其他n个支路分别由依次相连的电感性电路和电容性电路组成；开关SLp0与开关SCp0之间、电感性电路与电容性之间通过引线C连接。
按上述方案，所述电容性电路由依次相连的电容Cpq、开关SLpq组成；所述电感性电路由依次相连的开关SLpq、电感Lpq组成。
为使阻抗模拟装置的阻抗幅频特性满足目标幅频特性，采用搜索式算法（典型如遗传算法）对各开关状态进行求解，当设定优化目标函数后，通过搜索算法得到各开关的最优状态，通过手工拨动开关或者使用计算机自动控制各开关的方法，完成阻抗模拟装置的阻抗调节。
发明中的可调电位器用于目标直流阻抗的模拟，通过观察目标阻抗曲线在0频率的值，将该电阻器调节至该值即可。
m个电路单元中，每个电路单元可产生1个LC谐振点，m个电路单元共可产生m个谐振点。
从阻抗模拟装置整体来看，任一单元短路时，由于可调电位器R0的存在，装置呈现纯阻性；由于各单元配置的任意性，装置整体可以在一定频率范围内通过各单元的并联，总体呈现出低通、高通、带通、带阻甚至更复杂的特性。
用两个或以上的阻抗模拟装置作为EMI无源滤波器的配试设备，在实验室内即可对滤波器的实际工作性能进行评估。其中，第一阻抗模拟单元模拟电网源阻抗，第二阻抗模拟单元模拟用电器输入阻抗，EMI无源滤波器跨接于第一阻抗模拟单元与第二阻抗模拟单元之间，即可使用仪器测试滤波器在指定源阻抗及负载状况下的实际插入损耗，测试结果准确。
本发明通过开关控制，可灵活配置负载的零点、极点数目及分布，在某特定频率下让负载呈现阻性、容性或感性，也可以在一定频率范围内模拟出低通、高通、带通、带阻及更复杂的负载特性，从而使负载频率-阻抗特性接近真实情况，为EMI滤波器的测试及选型提供极大便利。
本发明设计了一种灵活性较强的阻抗模拟装置，通过对开关矩阵进行控制，将负载自身的频域特性调节至目标频响曲线，具有模拟实际用电器频域特性的功能。将本阻抗模拟装置与EMI滤波器连接，即可验证在复杂用电环境下，EMI滤波器的实际滤波效果，为EMI滤波器的测试及选型提供极大便利。
附图说明
图1为本发明阻抗模拟装置的结构示意图；
图2为电路单元的结构示意图；
图3为发明WMI滤波器测试系统的机构示意图；
图4为8+1个支路组成的电路单元；
图5为实施例1中的目标电路图；
图6为实施例1中的模拟阻抗特性与目标阻抗特性的对比。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的说明。
参见图1和图2，一种阻抗模拟装置，它由可调电位器R0和m个电路单元组成，其中m≥1；所述m个电路单元并联连接后与可调电位器R0串联；
所述m个电路单元的拓扑结构相同，且所述电路单元的两端分别与引线A和引线B连接；
以电路单元P为例，所述电路单元由n+1个并联连接的支路组成，其中第1个支路由依次相连的开关SLp0和开关SCp0构成，其他n个支路的结构相同；其他n个支路分别由依次相连的电感性电路和电容性电路组成；开关SLp0与开关SCp0之间、电感性电路与电容性之间通过引线C连接；
所述电容性电路由依次相连的电容Cpq、开关SLpq组成；所述电感性电路由依次相连的开关SLpq、电感Lpq组成。
n个支路中，通过控制各开关的打开/闭合状态，可使该支路呈现容性、感性或短路状态。以电路单元P为例，当开关SLp0打开，SCp0闭合时，单元为纯感性负载，单元总电感大小由各支路的开关SLpq（1≤q≤n）的状态决定；当开关SLp0闭合，SCp0打开时，单元为纯容性负载，其电容大小由各支路的开关SCpq（1≤q≤n）的状态决定；当开关SLp0、SCp0均打开时，单元为LC串联负载，其谐振中心频率、Q值等特征参数由各支路的开关SLpq、SCpq（1≤q≤n）的状态共同决定；开关SLp0、SCp0均闭合时，单元短路。
参见图1-图3，一种WMI滤波器测试系统，它包括第一阻抗模拟单元、第二阻抗模拟单元，所述第一阻抗模拟单元的输入端与电源连接，第一阻抗模拟单元的输出端与WMI滤波器的输入端连接，WMI滤波器的输出端与第二阻抗模拟单元的输入端连接，第二阻抗模拟单元的输出端与示波器连接；
第一阻抗模拟单元由1个以上串联连接的第一阻抗模拟装置组成，第二阻抗模拟单元由1个以上串联连接的第二阻抗模拟装置组成；
所述第一阻抗模拟装置与第二阻抗模拟装置的结构相同；
所述第一阻抗模拟装置由可调电位器R0和m个电路单元组成，其中m≥1；所述m个电路单元并联连接后与可调电位器R0串联；
所述m个电路单元的拓扑结构相同，且所述电路单元的两端分别与引线A和引线B连接；
所述电路单元由n+1个并联连接的支路组成，其中n≥1；第1个支路由依次相连的开关SLp0和开关SCp0构成，其他n个支路的结构相同；其他n个支路分别由依次相连的电感性电路和电容性电路组成；开关SLp0与开关SCp0之间、电感性电路与电容性之间通过引线C连接；
所述电容性电路由依次相连的电容Cpq、开关SLpq组成；所述电感性电路由依次相连的开关SLpq、电感Lpq组成。
实施例1
电网中的低频谐波主要集中在20Hz～100kHz频段，以该频段为例说明阻抗模拟装置的使用。
为简明起见，该实施例中的阻抗模拟装置仅由一个电路单元组成，电路单元由有9个支路组成，如图4所示，其元件参数为：
可调电位器R0为0～1kΩ可调电位器
Lp1 = 0.6333H Cp1 = 1e-4F
Lp2 = 0.5556H Cp2 = 1e-5F
Lp3 = 0.4874H Cp3 = 1e-6F
Lp4 = 0.4276H Cp4 = 1e-7F
Lp5 = 0.3751H Cp5 = 1e-8F
Lp6 = 0.3291H Cp6 = 1e-9F
Lp7 = 0.2887H Cp7 = 1e-10F
Lp8 = 0.2533H Cp8 = 1e-11F
某实际负载的阻抗频域测试结果幅频特性如图6所示，该负载的实际电路如图5所示，其元件参数为：
L1 = 0.4971H C1 = 9.9000e-07
L2 = 0.2945H C2 = 9.9000e-11
R1 = 0.1Ω
为了模拟上述负载，将本阻抗模拟装置的可调电位器调节至0.1Ω，以遗传算法计算得出开关状态表。根据计算结果，闭合开关SLp3、SCp3、SLp7、SCp7，其余开关全部打开，此时阻抗模拟装置与目标电路幅频特性曲线（交流）在20Hz～100kHz频率范围内比较如图6所示。可见实施例中的阻抗模拟装置的阻抗特性与目标电路阻抗特性一致。
本发明提供了一种灵活性较强的模拟负载，该负载可方便的将自身频域特性调节至目标频响曲线。将该负载与EMI滤波器连接，即可验证在复杂用电环境下，EMI滤波器的滤波效果，为EMI滤波器的测试及选型提供极大便利。
本发明阻抗模拟装置使用无源器件搭建，电路结构稳定可靠；使用开关矩阵方法控制电路拓扑结构，可模拟各种典型的电路频响特性如低通、高通、带通、带阻甚至更复杂的特性；电路单元数目可灵活配置，适用范围广。
以上所述为本发明的一个简单实施例，旨在阐述本发明的典型实现方案，然而由于电力电子器件的多样性，因此本发明装置的实现具有较大灵活性，所以本发明不应该局限于该实施例和附图所公开的内容。所以凡是不脱离本发明所公开的精神下完成的等效或修改，例如对某模块进行局部改动以增强其功能，或者使用计算机自动控制完成开关切换等措施，都落入本发明保护的范围。
Claims (4)
1.一种阻抗模拟装置，其特征在于：由可调电位器R0和m个电路单元组成，其中m≥1；所述m个电路单元并联连接后与可调电位器R0串联；
所述m个电路单元的拓扑结构相同，且所述电路单元的两端分别与引线A和引线B连接；
所述电路单元由n+1个并联连接的支路组成，其中n≥1；第1个支路由依次相连的开关SLp0和开关SCp0构成，其他n个支路的结构相同；其他n个支路分别由依次相连的电感性电路和电容性电路组成；开关SLp0与开关SCp0之间、电感性电路与电容性之间通过引线C连接。
2.如权利要求1所述的阻抗模拟装置，其特征在于：所述电容性电路由依次相连的电容Cpq、开关SLpq组成；所述电感性电路由依次相连的开关SLpq、电感Lpq组成。
3.一种WMI滤波器测试系统，其特征在于：它包括第一阻抗模拟单元、第二阻抗模拟单元，所述第一阻抗模拟单元的输入端与电源连接，第一阻抗模拟单元的输出端与WMI滤波器的输入端连接，WMI滤波器的输出端与第二阻抗模拟单元的输入端连接，第二阻抗模拟单元的输出端与示波器连接；
第一阻抗模拟单元由1个以上串联连接的第一阻抗模拟装置组成，第二阻抗模拟单元由1个以上串联连接的第二阻抗模拟装置组成；
所述第一阻抗模拟装置与第二阻抗模拟装置的结构相同；
所述第一阻抗模拟装置与第一阻抗模拟装置串联连接，所述第二阻抗模拟装置与第二阻抗模拟装置串联连接；
所述第一阻抗模拟装置由可调电位器R0和m个电路单元组成，其中m≥1；所述m个电路单元并联连接后与可调电位器R0串联；
所述m个电路单元的拓扑结构相同，且所述电路单元的两端分别与引线A和引线B连接；
所述电路单元由n+1个并联连接的支路组成，其中第1个支路由依次相连的开关SLp0和开关SCp0构成，其他n个支路的结构相同；其他n个支路分别由依次相连的电感性电路和电容性电路组成；开关SLp0与开关SCp0之间、电感性电路与电容性之间通过引线C连接。
4.如权利要求3所述的WMI滤波器测试系统，其特征在于：所述电容性电路由依次相连的电容Cpq、开关SLpq组成；所述电感性电路由依次相连的开关SLpq、电感Lpq组成。
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2015
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