CN108595804B - 一种高速铁路动车组整车差模emi模型的建立方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高速铁路动车组整车差模EMI模型的建立方法。具体包括建立整车差模EMI模型图；建立的牵引变流器EMI模型图；根据高速铁路动车组的牵引单元模型图建立了高速铁路动车组整流桥电位点AB引起的差模EMI回路的等效电路图，然后根据等效电路计算出传导EMI电流等步骤；本发明提出的这种高速铁路动车组整车差模EMI模型，建立了相应的数学和物理模型，通过对其内部参数的计算，重点在寄生参数的计算上，由于整车低频差模大电流的存在，该方法可为消除整车差模干扰的研究提供研究基础，为控制整车EMI问题提供研究手段。

Description

一种高速铁路动车组整车差模EMI模型的建立方法
技术领域
本发明属于高速轨道交通技术领域，特别涉及一种高速铁路动车组整车差模EMI模型的建立方法。
背景技术
近年来，中国高铁技术日益发展，已经成为我国走向大国行列的必备关键性技术之一。在进行高速铁路动车组差模EMI问题分析中，没有一个整车的差模EMI模型，不能反应出差模传导大电流所带来的低频辐射EMI所带来的影响，而且对整车低频辐射EMI特性状况认识不清，研究时没有模型作为支持。基于上述问题，本发明提出一种高速铁路动车组整车差模EMI模型的建立方法。所提出的这种针对整车差模EMI模型的方法，不仅能预测整车低频EMI特性，而且可为消除整车差模干扰的研究提供研究基础，为控制整车EMI问题提供研究手段。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高速铁路动车组整车差模EMI模型的建立方法，以解决上述技术问题。
为实现上述目的本发明采用以下技术方案：
一种高速铁路动车组整车差模EMI模型的建立方法，包括如下步骤：
步骤1，建立整车差模EMI模型图；
步骤2，建立的牵引变流器EMI模型图；
步骤3，根据高速铁路动车组的牵引单元模型图建立了高速铁路动车组整流桥电位点AB引起的差模EMI回路的等效电路图，然后根据等效电路计算出传导EMI电流；其中，变流器的前级变压器等效为一个负载阻抗
Figure GDA0003346622270000021
其中，变压器负载阻抗
Figure GDA0003346622270000022
式中：
Figure GDA0003346622270000023
输入功率为Pk；相电流为IK；相电压为UK；短路阻抗为zm，
则EAB表示为：
Figure GDA0003346622270000024
所以
Figure GDA0003346622270000025
Figure GDA0003346622270000026
Figure GDA0003346622270000027
得到：idmAB＝idmAB1(s)+idmAB2(s)+idmAB3(s)；
步骤4，根据高速铁路动车组的牵引单元模型图建立了三相电机逆变桥电位点U与三相电机逆变桥电位点V之间的差模等效电路图，其中，变流器的后级的三相异步电机等效为一个负载阻抗
Figure GDA0003346622270000028
该负载阻抗表示
Figure GDA0003346622270000029
其中RM＝Rs+Rr，
Figure GDA00033466222700000210
Figure GDA00033466222700000211
其中，Pn为为电动机的额定功率；
ΔPm为电动机机械损失；Sn为额定转差率；C1为励磁阻抗系数，
KTM为最大转矩倍数；Un为额定电压；In为额定电流；
则EUV表示为:
Figure GDA0003346622270000031
所以，
Figure GDA0003346622270000032
Figure GDA0003346622270000033
得到：idmUV＝idmUV1(s)+idmUV2(s)+idmUV3(s)；
同样的步骤得三相电机逆变桥电位点U与三相电机逆变桥电位点W之间的差模等效电路图，则EUW表示为:
Figure GDA0003346622270000034
所以，
Figure GDA0003346622270000035
Figure GDA0003346622270000036
得到：idmUW＝idmUW1(s)+idmUW2(s)+idmUW3(s)；
三相电机逆变桥电位点U与三相电机逆变桥电位点W之间的差模等效电路图，则EVW表示为:
Figure GDA0003346622270000041
所以，
Figure GDA0003346622270000042
Figure GDA0003346622270000043
得到：idmVW＝idmVW1(s)+idmVW2(s)+idmVW3(s)。
作为本发明进一步的方案，步骤1的具体方法为：
步骤1.1，供电线缆间差模电容的参数设计；
步骤1.1,模型中，变压器副边接触线圈线缆与变压器副边接触线圈线缆之间有差模电容CaDM1，连接变流器A的电力电缆线与连接变流器B的电力电缆线之间有差模电容CaDM2，三相电缆线U与三相异步电机的供电电缆线和三相电缆线V与三相异步电机间存在差模电容CaDM3和CaDM4，三相电缆线V与三相异步电机的供电电缆线和三相电缆线W与三相异步电机间存在差模电容CaDM5和CaDM6，三相电机逆变桥电位点U与三相异步电机的电力电缆线与三相电机逆变桥电位点W与三相异步电机间的电力电缆线之间存在差模电容CaDM7和CaDM8，均由式(1)得到:
Figure GDA0003346622270000044
式中，εr为相对介电常数；
l为供电电缆线长度；
w为两条供电电缆线之间的距离；
D为供电电缆线的导线直径；
步骤1.2，线缆参数的设计；
步骤1.2.1，变压器副边进出线和，与变流器间的电缆线间的自电感La1、La2，三相电缆线端U与三相异步电机间的自电感La3，三相电机逆变桥电位点V与三相异步电机间的自电感La4，三相电缆线W与三相异步电机间有自电感La5，均由式子(2)得出：
Figure GDA0003346622270000051
式中:μ0为真空磁导率；
r为牵引变流器供电电缆线的半径；
步骤1.2.2，变压器副边进出线与变流器的电缆线间的自电阻Ra1和Ra2，三相电机逆变桥电位点U与三相异步电机间的自电阻Ra3，三相电机逆变桥电位点V与三相异步电机间的自电阻Ra4，三相电缆线W与三相异步电机间的自电阻Ra5，均由式子(3)得到：
Figure GDA0003346622270000052
式中：L1为TP03号车厢牵引供电电缆线长度；
L2为M02号车厢牵引供电电缆线长度；
γ为电导率；
r为牵引供电电缆线半径；
Figure GDA0003346622270000061
为透入深度。
本发明的有益效果是：本发明提出的这种高速铁路动车组整车差模EMI模型，建立了相应的数学和物理模型，通过对其内部参数的计算，重点在寄生参数的计算上，由于整车低频差模大电流的存在，该方法可为消除整车差模干扰的研究提供研究基础，为控制整车EMI问题提供研究手段。
附图说明
图1是本发明高速铁路动车组供电环境模型图；
图2是本发明高速铁路动车组整车差模EMI模型图；
图3是本发明高速铁路动车组牵引变流器模块主电路图；
图4是本发明高速铁路动车组整流桥电位点AB引起的差模EMI回路的电路图；
图5是本发明高速铁路动车组三相电机逆变桥电位点U与电位点V之间差模电压形成的差模等效电路图；
图6是本发明高速铁路动车组三相电机逆变桥电位点U与电位点W之间差模电压形成的差模等效电路图；
图7是本发明高速铁路动车组三相电机逆变桥电位点V与电位点W之间差模电压形成的差模等效电路图；
其中，1.车头Ⅰ，2.牵引车厢Ⅰ，3.驱动车厢Ⅰ，4.牵引车厢Ⅱ，5.牵引车厢Ⅲ，6.驱动车厢Ⅱ，7.牵引车厢Ⅳ，8.车头Ⅱ，9.受电弓Ⅰ，10.受电弓Ⅱ，11.电力接触网，12.钢轨，13.变压器，14.车体，15.变流器，16.三相异步电机。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
本发明是一种高速铁路动车组整车差模EMI模型的建立方法，
如图1所示，是高速铁路动车组整车供电环境模型图，列车由8节车厢组成，由2列车头、2列驱动车厢、4列牵引车厢组成，高速铁路动车组分别通过受电弓Ⅰ9和受电弓Ⅱ10从电力接触网11获取电能，然后受电弓Ⅰ9将电能传递给驱动车厢Ⅰ3,再经过驱动车厢Ⅰ3传递给牵引车厢Ⅰ2和牵引车厢Ⅱ4，受电弓Ⅱ10将电能传输给驱动车厢Ⅱ6,再经过驱动车厢Ⅱ6传递给牵引车厢Ⅲ5和牵引车厢Ⅳ7，来负责整车的驱动和供电。
如图2所示，是高速铁路动车组整车差模EMI模型图，电力接触网11与受电弓Ⅰ9相连，受电弓Ⅰ9接TP03号车变压器13，变压器13与车体14相连，变压器13副边接触线缆3和4之间有差模电容CaDM1，变压器13副边3和4，与变流器16间的电缆线间有自电感La1、La2和自电阻Ra1，Ra2。连接变流器A和B接口的供电电缆线之间有差模电容CaDM2，三相电机逆变桥电位点U与三相异步电机16间的电力电缆线内有自电感La3和自电阻Ra3，三相电机逆变桥电位点V与三相异步电机16间的电力电缆线内有自电感La4和自电阻Ra4，三相电机逆变桥电位点W与三相异步电机16间的电力电缆线内有自电感La5和自电阻Ra5，三相电机逆变桥电位点U与三相异步电机16的电力电缆线与三相电机逆变桥电位点V与三相异步电机16间的电力电缆线之间存在差模电容CaDM3和CaDM4，三相电机逆变桥电位点V与三相异步电机16的电力电缆线与三相电机逆变桥电位点W与三相异步电机16间的电力电缆线之间存在差模电容CaDM5和CaDM6，三相电机逆变桥电位点U与三相异步电机16的电力电缆线与三相电机逆变桥电位点W与三相异步电机16间的电力电缆线之间存在差模电容CaDM7和CaDM8。
如图3所示，是牵引变流器模块差模EMI路径模型图，S1、S2、S3、S4是为变流器16中整流模块的开关功率器件IGBT，图中左侧的虚线箭头表示了变流器整流模块的差模EMI路径，中间直流环节有滤波电容Cd和滤波电阻R，S5、S6、S7、S8、S9、S10是变流器16中逆变模块的开关功率器件IGBT。
本发明提供的该种高速铁路动车组整车差模EMI模型的建立方法，具体包括如下步骤：
步骤1，建立的整车差模EMI模型图，如图2所示；
步骤1的具体过程为：
步骤1.1，供电线缆间差模电容的参数设计；
步骤1.1,模型中，变压器13副边接触线圈线缆3与变压器13副边接触线圈线缆4之间有差模电容CaDM1，连接变流器15A的电力电缆线与连接变流器15B的电力电缆线之间有差模电容CaDM2，三相电缆线U与三相异步电机16的供电电缆线和三相电缆线V与三相异步电机16间存在差模电容CaDM3和CaDM4，三相电缆线V与三相异步电机16的供电电缆线和三相电缆线W与三相异步电机16间存在差模电容CaDM5和CaDM6，三相电机逆变桥电位点U与三相异步电机16的电力电缆线与三相电机逆变桥电位点W与三相异步电机16间的电力电缆线之间存在差模电容CaDM7和CaDM8，均可由式(1)得到:
Figure GDA0003346622270000081
式中，εr为相对介电常数；
l为供电电缆线长度；
w为两条供电电缆线之间的距离；
D为供电电缆线的导线直径。
步骤1.2，线缆参数的设计
步骤1.2.1，变压器13副边进出线3和4与变流器15间的电缆线间的自电感La1、La2，三相电缆线端U与三相异步电机16间的自电感La3，三相电机逆变桥电位点V与三相异步电机16间的自电感La4，三相电缆线W与三相异步电机16间有自电感La5，均可由式子(2)得出：
Figure GDA0003346622270000091
式中:μ0为真空磁导率；
r为牵引变流器供电电缆线的半径；
步骤1.2.2，变压器13副边进出线3和4与变流器15的电缆线间的自电阻Ra1和Ra2，三相电机逆变桥电位点U与三相异步电机16间的自电阻Ra3，三相电机逆变桥电位点V与三相异步电机16间的自电阻Ra4，三相电缆线W与三相异步电机16间的自电阻Ra5，均可由式子(3)得到：
Figure GDA0003346622270000092
式中：L1为TP03号车厢牵引供电电缆线长度；
L2为M02号车厢牵引供电电缆线长度；
γ为电导率；
r为牵引供电电缆线半径；
Figure GDA0003346622270000093
为透入深度。
步骤2，建立的牵引变流器EMI模型图，如图3所示。
步骤3，根据高速铁路动车组的牵引单元模型图建立了高速铁路动车组整流桥电位点AB引起的差模EMI回路的等效电路图，然后根据等效电路可计算出传导EMI电流。其中，变流器16的前级变压器我们等效为一个负载阻抗
Figure GDA0003346622270000101
其中，变压器负载阻抗
Figure GDA0003346622270000102
式中：
Figure GDA0003346622270000103
输入功率为Pk；相电流为IK；相电压为UK；短路阻抗为zm，
则EAB表示为：
Figure GDA0003346622270000104
所以
Figure GDA0003346622270000105
Figure GDA0003346622270000106
Figure GDA0003346622270000107
因此则可得idmAB＝idmAB1(s)+idmAB2(s)+idmAB3(s)。
步骤4，根据高速铁路动车组的牵引单元模型图建立了三相电机逆变桥电位点U与三相电机逆变桥电位点V之间的差模等效电路图如图5所示，其中，变流器16的后级的三相异步电机17我们等效为一个负载阻抗
Figure GDA0003346622270000108
该负载阻抗表示
Figure GDA0003346622270000109
其中RM＝Rs+Rr，
Figure GDA0003346622270000111
Figure GDA0003346622270000112
其中，Pn为为电动机的额定功率；ΔPm为电动机机械损失；Sn为额定转差率；C1为励磁阻抗系数，KTM为最大转矩倍数；Un为额定电压；In为额定电流。
则EUV表示为:
Figure GDA0003346622270000113
所以，
Figure GDA0003346622270000114
Figure GDA0003346622270000115
因此则可得idmUV＝idmUV1(s)+idmUV2(s)+idmUV3(s)。
同样的步骤可得三相电机逆变桥电位点U与三相电机逆变桥电位点W之间的差模等效电路图如图6所示，则EUW表示为:
Figure GDA0003346622270000116
所以，
Figure GDA0003346622270000117
Figure GDA0003346622270000121
因此则可得idmUW＝idmUW1(s)+idmUW2(s)+idmUW3(s)。
三相电机逆变桥电位点U与三相电机逆变桥电位点W之间的差模等效电路图如图7所示，则EVW表示为:
Figure GDA0003346622270000122
所以，
Figure GDA0003346622270000123
Figure GDA0003346622270000124
因此则可得idmVW＝idmVW1(s)+idmVW2(s)+idmVW3(s)。
以上所述为本发明较佳实施例，对于本领域的普通技术人员而言，根据本发明的教导，在不脱离本发明的原理与精神的情况下，对实施方式所进行的改变、修改、替换和变型仍落入本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种高速铁路动车组整车差模EMI模型的建立方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1，建立整车差模EMI模型图；
步骤2，建立的牵引变流器EMI模型图；
步骤3，根据高速铁路动车组的牵引单元模型图建立了高速铁路动车组整流桥电位点AB引起的差模EMI回路的等效电路图，然后根据等效电路计算出传导EMI电流；其中，变流器的前级变压器等效为一个负载阻抗
Figure FDA0003346622260000011
其中，变压器负载阻抗
Figure FDA0003346622260000012
式中：
Figure FDA0003346622260000013
输入功率为Pk；相电流为IK；相电压为UK；短路阻抗为zm，
则EAB表示为：
Figure FDA0003346622260000014
所以
Figure FDA0003346622260000015
Figure FDA0003346622260000016
Figure FDA0003346622260000017
得到：idmAB＝idmAB1(s)+idmAB2(s)+idmAB3(s)；
步骤4，根据高速铁路动车组的牵引单元模型图建立了三相电机逆变桥电位点U与三相电机逆变桥电位点V之间的差模等效电路图，其中，变流器的后级的三相异步电机等效为一个负载阻抗
Figure FDA0003346622260000021
该负载阻抗表示
Figure FDA0003346622260000022
其中RM＝Rs+Rr，
Figure FDA0003346622260000023
Figure FDA0003346622260000024
其中，Pn为为电动机的额定功率；
ΔPm为电动机机械损失；Sn为额定转差率；C1为励磁阻抗系数，KTM为最大转矩倍数；Un为额定电压；In为额定电流；
则EUV表示为:
Figure FDA0003346622260000025
所以，
Figure FDA0003346622260000026
Figure FDA0003346622260000027
得到：idmUV＝idmUV1(s)+idmUV2(s)+idmUV3(s)；
同样的步骤得三相电机逆变桥电位点U与三相电机逆变桥电位点W之间的差模等效电路图，则EUW表示为:
Figure FDA0003346622260000031
所以，
Figure FDA0003346622260000032
Figure FDA0003346622260000033
得到：idmUW＝idmUW1(s)+idmUW2(s)+idmUW3(s)；
三相电机逆变桥电位点U与三相电机逆变桥电位点W之间的差模等效电路图，则EVW表示为:
Figure FDA0003346622260000034
所以，
Figure FDA0003346622260000035
Figure FDA0003346622260000036
得到：idmVW＝idmVW1(s)+idmVW2(s)+idmVW3(s)。
2.如权利要求1所述的高速铁路动车组整车差模EMI模型的建立方法，其特征在于，步骤1的具体方法为：
步骤1.1，供电线缆间差模电容的参数设计；
步骤1.1,模型中，变压器副边接触线圈线缆与变压器副边接触线圈线缆之间有差模电容CaDM1，连接变流器A的电力电缆线与连接变流器B的电力电缆线之间有差模电容CaDM2，三相电缆线U与三相异步电机的供电电缆线和三相电缆线V与三相异步电机间存在差模电容CaDM3和CaDM4，三相电缆线V与三相异步电机的供电电缆线和三相电缆线W与三相异步电机间存在差模电容CaDM5和CaDM6，三相电机逆变桥电位点U与三相异步电机的电力电缆线与三相电机逆变桥电位点W与三相异步电机间的电力电缆线之间存在差模电容CaDM7和CaDM8，均由式(1)得到:
Figure FDA0003346622260000041
式中，εr为相对介电常数；
l为供电电缆线长度；
w为两条供电电缆线之间的距离；
D为供电电缆线的导线直径；
步骤1.2，线缆参数的设计；
步骤1.2.1，变压器副边进出线与变流器间的电缆线间的自电感La1、La2，三相电缆线端U与三相异步电机间的自电感La3，三相电机逆变桥电位点V与三相异步电机间的自电感La4，三相电缆线W与三相异步电机间有自电感La5，均由式子(2)得出：
Figure FDA0003346622260000042
式中:μ0为真空磁导率；
r为牵引变流器供电电缆线的半径；
步骤1.2.2，变压器副边进出线与变流器的电缆线间的自电阻Ra1和Ra2，三相电机逆变桥电位点U与三相异步电机间的自电阻Ra3，三相电机逆变桥电位点V与三相异步电机间的自电阻Ra4，三相电缆线W与三相异步电机间的自电阻Ra5，均由式子(3)得到：
Figure FDA0003346622260000051
式中：L1为TP03号车厢牵引供电电缆线长度；
L2为M02号车厢牵引供电电缆线长度；
γ为电导率；
r为牵引供电电缆线半径；
Figure FDA0003346622260000052
为透入深度。
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