CN108680813A - 一种电磁干扰建模仿真方法及装置 - Google Patents
一种电磁干扰建模仿真方法及装置 Download PDFInfo
- Publication number
- CN108680813A CN108680813A CN201810953885.5A CN201810953885A CN108680813A CN 108680813 A CN108680813 A CN 108680813A CN 201810953885 A CN201810953885 A CN 201810953885A CN 108680813 A CN108680813 A CN 108680813A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- interference
- frequency
- model
- low
- direct current
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 37
- 238000004088 simulation Methods 0.000 claims abstract description 36
- 238000004804 winding Methods 0.000 claims description 21
- 238000013213 extrapolation Methods 0.000 claims description 10
- 230000005611 electricity Effects 0.000 claims description 8
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 5
- 238000011084 recovery Methods 0.000 claims description 3
- 238000013461 design Methods 0.000 abstract description 11
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 abstract description 7
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 19
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 7
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 7
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 7
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 6
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 6
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 5
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 5
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 4
- 230000008569 process Effects 0.000 description 4
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical group [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 230000008859 change Effects 0.000 description 3
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 3
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 3
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 3
- 230000009471 action Effects 0.000 description 2
- 230000003542 behavioural effect Effects 0.000 description 2
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 2
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 2
- 238000013016 damping Methods 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 238000005457 optimization Methods 0.000 description 2
- 238000013139 quantization Methods 0.000 description 2
- 238000012356 Product development Methods 0.000 description 1
- 238000004422 calculation algorithm Methods 0.000 description 1
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 1
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 1
- 230000001976 improved effect Effects 0.000 description 1
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 1
- 239000002356 single layer Substances 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
- G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
- G01R31/001—Measuring interference from external sources to, or emission from, the device under test, e.g. EMC, EMI, EMP or ESD testing
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Dc Machiner (AREA)
Abstract
本发明公开了一种电磁干扰建模仿真方法及装置，该方法包括：建立直流有刷电机的低频阻抗模型；在低频阻抗模型的基础上，建立直流有刷电机换向的低频等效电路模型，并利用低频等效电路模型，获得干扰源的低频特性；利用干扰源的低频特性，计算干扰源的高频特性；建立直流有刷电机的简化结构的全波模型；将干扰源的高频特性集成到全波模型中，得到集成模型，并对集成模型进行数值仿真计算，得到直流有刷电机的电磁干扰。本发明的方法及装置实现了在设计阶段对直流有刷电机建模仿真分析；同时基于建模和电磁兼容原理，计算出数百MHz的高频率的干扰源特性，因此能覆盖到电磁兼容关注的较高频率范围，具有较好的工程实用价值。
Description
技术领域
本发明涉及电磁兼容技术领域，特别是涉及一种电磁干扰建模仿真方法及装置。
背景技术
直流有刷电机在电子电气系统中的应用非常广泛。由于采用机械式换向，直流有刷电机的电源线在换向时会产生瞬时的电流变化，引起电磁干扰。该电磁干扰沿电源线传播，可能会通过传导耦合或辐射耦合的方式影响电子电气系统内其他部件的正常工作，或者造成电磁发射不满足国际国家电磁兼容标准的要求。因此，分析直流有刷电机的电磁干扰是产品设计需要考虑的因素。
直流有刷电机电磁干扰的分析设计，主要有定性的经验分析和量化的建模仿真两种方法，建模仿真方法由于明确、量化，因而有更好的工程指导价值。电磁干扰的仿真模型需要在电磁兼容关注的频率范围内表征干扰源、阻抗、传播路径等特性。然而，由于直流有刷电机电磁干扰的机理较为复杂，特别是对于产生干扰的换向机械动作、影响阻抗和传播路径的复杂电机结构，其建模仿真是技术难点。现有技术的建模仿真方法，主要有行为级模型和基于测量的建模两种方式。其中行为级模型仅在较低的频率有效，难以覆盖到电磁兼容所关注的频段(100KHz以上)。基于测量的建模依赖于产品开发完成后的测量，可以有效用于整改优化和系统集成，但对设计阶段的工程实用价值有限。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种电磁干扰建模仿真方法及装置，技术方案如下：
一种电磁干扰建模仿真方法，包括：
建立直流有刷电机的低频阻抗模型；
在所述低频阻抗模型的基础上，建立所述直流有刷电机换向的低频等效电路模型，并利用所述低频等效电路模型，获得干扰源的低频特性，所述干扰源为所述直流有刷电机换向时产生电磁干扰的器件；
利用所述干扰源的低频特性，计算所述干扰源的高频特性；
建立所述直流有刷电机的简化结构的全波模型；
将所述干扰源的高频特性集成到所述全波模型中，得到集成模型，并对所述集成模型进行数值仿真计算，得到所述直流有刷电机的电磁干扰。
优选地，建立直流有刷电机的低频阻抗模型，包括：
对所述直流有刷电机内部的每个线圈建立低频等效电路，所述低频等效电路包括所述线圈本身的等效电路和所述线圈对所述直流有刷电机的外壳的等效电路；
根据所述直流有刷电机的绕组的绕线方式和所述线圈的连接关系，将N个所述线圈的低频等效电路连接起来形成所述低频阻抗模型，其中N个所述线圈构成所述绕组，N为正整数。
优选地，在所述低频阻抗模型的基础上，建立所述直流有刷电机换向的低频等效电路模型，并利用所述低频等效电路模型，获得干扰源的低频特性，包括：
在所述每个线圈的低频等效电路上均并联时间控制的开关，所述开关闭合的时间模拟所述直流有刷电机换向时短路的时间，所述开关关断的时间模拟所述直流有刷电机换向时恢复的时间；
对并联有所述开关的低频等效电路上连接导线和直流电源的电路模型，以得到所述低频等效电路模型；
对所述低频等效电路模型进行时域仿真，得到所述直流有刷电机的电源线引脚的电流；
对所述电流进行快速傅里叶变换转换，得到低频干扰电流波形；
将所述低频干扰电流波形作为所述干扰源的低频特性。
优选地，利用所述干扰源的低频特性，计算所述干扰源的高频特性，包括：
获取所述低频干扰电流波形的所有峰值点；
采用函数拟合的方式对所述所有峰值点进行数据拟合，得到所述低频干扰电流波形的包络线；
将所述包络线中的频率外推至电磁兼容所关注的高频范围内，以形成高频干扰电流波形的包络线；
获取分界频率，其中所述分界频率为所述低频阻抗模型的差模阻抗取最大值时的频率；
利用所述分界频率，将所述高频干扰电流波形的包络线分解为高频干扰电流的差模分量和高频干扰电流的共模分量；
将所述高频干扰电流的差模分量和所述高频干扰电流的共模分量作为所述干扰源的高频特性。
优选地，将所述干扰源的高频特性集成到所述全波模型中，得到集成模型，并利用所述集成模型进行数值仿真计算，得到所述直流有刷电机的电磁干扰，包括：
将所述高频干扰电流的差模分量和所述高频干扰电流的共模分量分别集成到所述全波模型中，以形成差模干扰的集成模型和共模干扰的集成模型；
利用所述差模干扰的集成模型得到差模干扰源产生的电磁干扰，利用所述共模干扰的集成模型得到共模干扰源产生的电磁干扰；
将所述差模干扰源产生的电磁干扰和所述共模干扰源产生的电磁干扰相加得到所述直流有刷电机的电磁干扰。
一种电磁干扰建模仿真装置，包括：
第一建立单元，用于建立直流有刷电机的低频阻抗模型；
第二建立单元，用于在所述低频阻抗模型的基础上，建立所述直流有刷电机换向的低频等效电路模型，并利用所述低频等效电路模型，获得干扰源的低频特性，所述干扰源为所述直流有刷电机换向时产生电磁干扰的器件；
计算单元，用于利用所述干扰源的低频特性，计算所述干扰源的高频特性；
第三建立单元，用于建立所述直流有刷电机的简化结构的全波模型；
集成单元，用于将所述干扰源的高频特性集成到所述全波模型中，得到集成模型，并对所述集成模型进行数值仿真计算，得到所述直流有刷电机的电磁干扰。
优选地，所述第一建立单元，包括：
第一建立子单元，用于对所述直流有刷电机内部的每个线圈建立低频等效电路，所述低频等效电路包括所述线圈本身的等效电路和所述线圈对所述直流有刷电机的外壳的等效电路；
第二建立子单元，用于根据所述直流有刷电机的绕组的绕线方式和所述线圈的连接关系，将N个所述线圈的低频等效电路连接起来形成所述低频阻抗模型，其中N个所述线圈构成所述绕组，N为正整数。
优选地，所述第二建立单元，包括：
并联单元，用于在所述每个线圈的低频等效电路上均并联时间控制的开关，所述开关闭合的时间模拟所述直流有刷电机换向时短路的时间，所述开关关断的时间模拟所述直流有刷电机换向时恢复的时间；
第三建立子单元，用于对并联有所述开关的低频等效电路上连接导线和直流电源的电路模型，以得到所述低频等效电路模型；
仿真单元，用于对所述低频等效电路模型进行时域仿真，得到所述直流有刷电机的电源线引脚的电流；
转换单元，用于对所述电流进行快速傅里叶变换转换，得到低频干扰电流波形；
第一确定单元，用于将所述低频干扰电流波形作为所述干扰源的低频特性。
优选地，所述计算单元，包括：
第一获取单元，用于获取所述低频干扰电流波形的所有峰值点；
拟合单元，用于采用函数拟合的方式对所述所有峰值点进行数据拟合，得到所述低频干扰电流波形的包络线；
外推单元，用于将所述包络线中的频率外推至电磁兼容所关注的高频范围内，以形成高频干扰电流波形的包络线；
第二获取单元，用于获取分界频率，其中所述分界频率为所述低频阻抗模型的差模阻抗取最大值时的频率；
分解单元，用于利用所述分界频率，将所述高频干扰电流波形的包络线分解为高频干扰电流的差模分量和高频干扰电流的共模分量；
第二确定单元，用于将所述高频干扰电流的差模分量和所述高频干扰电流的共模分量作为所述干扰源的高频特性。
优选地，所述集成单元，包括：
集成子单元，用于将所述高频干扰电流的差模分量和所述高频干扰电流的共模分量分别集成到所述全波模型中，以形成差模干扰的集成模型和共模干扰的集成模型；
计算单元，用于利用所述差模干扰的集成模型得到差模干扰源产生的电磁干扰，利用所述共模干扰的集成模型得到共模干扰源产生的电磁干扰；
第三确定单元，用于将所述差模干扰源产生的电磁干扰和所述共模干扰源产生的电磁干扰相加得到所述直流有刷电机的电磁干扰。
本发明实施例提供的技术方案，无论是直流有刷电机的低频阻抗模型、换向的低频等效电路模型、高频特性计算，还是简化结构的全波模型，均可以在直流有刷电机的设计阶段，根据直流有刷电机的相关参数建立得到，因此相对于现有技术，本发明实现了在设计阶段对直流有刷电机进行建模仿真分析；同时，本方案基于建模和电磁兼容原理，计算出100KHz至数百MHz的高频率的干扰源特性，因此能覆盖到电磁兼容关注的较高频率范围，具有较好的工程实用价值。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例所提供的一种电磁干扰建模仿真方法的一种流程示意图；
图2为本发明实施例所提供的直流有刷电机的单个线圈的低频等效电路和低频阻抗模型的示意图；
图3为本发明实施例所提供的仿真获得的直流有刷电机的低频阻抗与实测对比的结果示意图；
图4为本发明实施例所提供的低频等效电路模型的示意图；
图5为本发明实施例所提供的仿真获得的直流有刷电机的电源线引脚的电流波形和低频干扰电流波形的示意图；
图6为本发明实施例所提供的高频干扰电流波形的包络线和差模分量与共模分量各自占的比重的示意图；
图7为本发明实施例所提供的仿真计算获得的传导发射与辐射发射结果(按照CISPR25标准)以及与实测结果的对比示意图；
图8为本发明实施例所提供的一种电磁干扰建模仿真装置的一种结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在介绍本发明实施例前，首先定义所涉及的几个频率范围：
低频：DC～100kHz；
高频：100kHz～数百MHz(电磁兼容关注的频率范围)。
请参阅图1，图1为本发明实施例提供的一种电磁干扰建模仿真方法的一种实现流程图，该方法包括：
步骤S101、建立直流有刷电机的低频阻抗模型。
在低频范围内，可以根据直流有刷电机的结构特性建立低频阻抗模型。具体地：
首先对直流有刷电机内部的每个线圈建立低频等效电路。
该低频等效电路包括线圈本身的等效电路和线圈对直流有刷电机的外壳的等效电路。
每个线圈可以分解为基本的物理结构，这些物理结构的等效电路参数可由理论计算式或经验公式得出，也可以使用电桥或低频阻抗分析仪测量每个线圈的低频阻抗曲线，并采用优化算法拟合得到低频等效电路中的电路参数。低频等效电路中的参数包括由线圈自身所得到的电路参数和线圈对直流有刷电机的外壳所形成的电路参数。
然后根据绕组的绕线方式和线圈的连接关系，把N个线圈的等效电路连接起来形成直流有刷电机的低频阻抗模型，N为正整数。
由于直流有刷电机内部的线圈的等效电路不仅包括线圈本身的等效电路，还包括线圈对直流有刷电机的外壳的等效电路，因此由N个线圈的等效电路连接起来形成直流有刷电机的低频阻抗模型是三端口的模型，三个端口分别为电源的正负和直流有刷电机的外壳。
请参阅图2，示出了直流有刷电机的单个线圈的低频等效电路的示意图(a)和低频阻抗模型示意图(b)。
图2(a)中的三个端口分别为线圈的两个出线引脚和电机外壳。R0和L0等效于线圈导线的电阻和电感，C1和R1等效于线圈自身的分布电容及其阻尼电阻，R2是磁芯损耗的等效电阻，C3、C4和R3、R4等效于线圈对电机外壳的分布电容及其阻尼电阻。等效电路中的元件参数都可以根据基本物理结构的理论计算式或经验公式得出。例如，R0和L0可以按照线圈的电阻和自感计算，C1可以按照环形绕线的自电容经验公式计算，即
其中，ε0为真空介电常数，εr为铁芯的介电常数，DO为线间距，DC为线径，lt为单匝线长，k为系数，对单层绕线k＝1.366，对双层绕线k＝1.83，对三层绕线k＝1.573。
C3和C4可以按照圆柱形腔体内的线圈对外壳的分布电容理论公式计算，即
其中，N为匝数，L为线圈长度，DH为圆柱腔体直径，DC为线径。图3示出了仿真获得的直流有刷电机的低频阻抗与实测对比的结果示意图，其中，图3(a)为差模阻抗与实测对比的结果示意图，差模阻抗为直流有刷电机两电源线之间的阻抗；图3(b)为共模阻抗与实测对比的结果示意图，共模阻抗为直流有刷电机电源线相对外壳的阻抗。
步骤S102、在低频阻抗模型的基础上，建立直流有刷电机换向的低频等效电路模型，并利用低频等效电路模型，获得干扰源的低频特性。
干扰源为直流有刷电机换向时产生干扰的器件，如碳刷头和换向器。电磁干扰主要由开始换向和完成换向两个瞬时的电流变化产生，每一次换向的这两个瞬时动作可以通过对直流有刷电机的低频阻抗模型中的一对线圈进行瞬时短路和恢复的方式，进行等效电路建模。其中一对线圈指的是直流有刷电机转动时连接电源正、负线的两个线圈。短路和恢复的时间，由直流有刷电机的电机转速以及碳刷头和换向器触片的物理尺寸计算得出，碳刷头开始接触一个触片的瞬间进行短路，碳刷头与该触片分离的瞬间进行恢复。
该步骤在具体实现时，首先在每个线圈的低频等效电路上并联一时间控制的开关，该开关的闭合的时间和关断的时间模拟上述短路的时间和恢复的时间。
然后在并联了开关的低频等效电路上连接导线和直流电源的电路模型，得到低频等效电路模型。其中，导线的电路模型可用电感等效，通过金属平面上导线的电感量的计算式进行计算。
再次对低频等效电路模型进行时域仿真，获得直流有刷电机的电源线引脚的电流。
最后对电流进行快速傅里叶变换(FFT，Fast Fourier Transformation)转换，得到低频范围内的低频干扰电流波形，并将低频干扰电流波形作为干扰源的低频特性。此处低频范围内的低频干扰电流波形指的是DC-100kHz频率范围内的干扰电流波形。图4示出了所建立的低频等效电路模型的示意图，图5(a)为仿真获得的直流有刷电机的电源线引脚的电流波形的示意图，图5(b)为低频干扰电流波形的示意图。
步骤S103、利用干扰源的低频特性，计算干扰源的高频特性。
对于获得的低频干扰电流波形，沿峰值点做出包络线，并外推至电磁兼容所关注的高频频率范围，并根据电磁兼容原理，把高频范围内的高频干扰电流波形的包络线分解为高频干扰电流的差模分量和高频干扰电流的共模分量，包络线外推的过程与其分解的过程同步进行。干扰电流波形的包络线虽然无法反映电磁干扰频谱的细节形状，但可以反映频谱的边界。电磁兼容分析关注的是最大值是否超标，显然频谱的边界比细节形状重要得多。
该步骤在具体实现时，首先获取低频干扰电流波形的所有峰值点；然后采用函数拟合的方式对所有峰值点进行数据拟合，得到低频干扰电流波形的包络线；再次将拟合的包络线中的频率外推至电磁兼容所关注的高频范围内，以形成高频范围内的高频干扰电流波形的包络线，其中高频范围属于电磁兼容所关注的范围。
记电磁兼容所关注的高频范围内干扰电流的包络线为I(f)。记步骤S101中仿真获得的差模阻抗曲线中阻抗取最大值时的频率为f0，高频干扰源可近似分解为高频干扰电流的差模分量IDM(f)和高频干扰电流的共模分量ICM(f)，其中频率f单位为MHz。
图6(a)为本发明实施例所提供的拟合外推的高频干扰电流波形的包络线的示意图，图6(b)为差模分量与共模分量各自占的比重的示意图。
需要说明的是，本实施例通过拟合外推出高频干扰电流的包络线得到干扰源的高频特性，只是利用干扰源的低频特性计算干扰源的高频特性的一种具体实现形式，现有技术中其它任何能实现利用干扰源的低频特性计算干扰源的高频特性的方案也适用于本发明。另外，图6(a)是利用函数拟合中的线性拟合的方式外推干扰电流的包络线，当然本发明实施例并不限于此，函数拟合中其它任何能实现包络线外推的方案也适用于本发明。
步骤S104、建立直流有刷电机的简化结构的全波模型。
对影响电磁兼容特性的直流有刷电机的组件，进行适当的结构简化，并在三维全波建模工具中建立其模型。简化是为了在准确性和计算效率之间取得平衡，结构建模和简化的原则是所建模型可以表征高频的电机阻抗和电磁传播特性。在CST、ANSYS等主流电磁仿真软件中均可完成该建模过程。
具体实施方式为，仅保留金属部件、磁铁、电子器件，按照实际材料特性对金属部件和磁铁建模并去掉较小的精细结构，按照等效电路对电容、电感、TVS等电子器件及其引线建模。其中，换向器、铁芯、转轴分别建模并电气连接起来。绕组按照线圈的外形建模为实心金属块，并电气连接到换向器。在碳刷头的位置定义端口，后续模型集成时把干扰源的高频特性集成至此端口。
需要说明的是，本发明中并不完全限定步骤S101-步骤S103与步骤S104之间的执行顺序。即在本实施例中步骤S101-步骤S103在步骤S104之前执行，在其它实施例中，步骤S101-步骤S103可以在步骤S104之后执行，当然，步骤S101-步骤S103还可以与步骤S104并列执行。
步骤S105、将干扰源的高频特性集成到全波模型中，得到集成模型，并对集成模型进行数值仿真计算，得到直流有刷电机的电磁干扰。
将高频干扰电流的差模分量IDM(f)和和高频干扰电流的共模分量ICM(f)作为激励源，分别集成到全波模型中预留的相应端口，形成差模干扰的集成模型和共模干扰的集成模型。并在此基础上建立直流有刷电机的工作环境或测试台架的模型，并设置观测点，进行数值仿真计算，分别获得差模干扰源产生的电磁干扰和共模干扰源产生的电磁干扰。二者相加获得直流有刷电机的电磁干扰。
本发明实施例提供的技术方案，无论是直流有刷电机的低频阻抗模型、换向的低频等效电路模型、高频特性计算，还是简化结构的全波模型，均可以在直流有刷电机的设计阶段，根据直流有刷电机的相关参数建立得到，因此相对于现有技术，本方案实现了在设计阶段对直流有刷电机进行建模仿真分析；同时，本发明基于建模和电磁兼容原理，计算出100KHz至数百MHz的高频率的干扰源特性，因此能覆盖到电磁兼容关注的较高频率范围，具有较好的工程实用价值。
使用本发明提供的方法，对某车载直流有刷电机的电磁干扰进行建模，数值仿真计算获得的传导发射与辐射发射结果(按照CISPR25标准)以及与实测结果的对比如图7所示。其中，图7(a)为原始设计的传导发射的结果，图7(b)为原始设计的辐射发射的结果，二者都不满足标准要求。改进设计后再次建模仿真，验证改进的效果，图7(c)为改进后设计的传导发射的结果，图7(d)为改进后设计的辐射发射的结果。可见本发明提供方法可以在产品设计阶段较为准确的预测直流有刷电机的电磁干扰特性，为电磁兼容设计提供方法和依据。
请参阅图8，图8为本发明实施例提供的电磁干扰建模仿真装置的一种结构示意图，该装置结构示意图中的各单元的工作过程参照图1对应的实施例中方法的执行过程，该装置包括：
第一建立单元810，用于建立直流有刷电机的低频阻抗模型。
第二建立单元820，用于在低频阻抗模型的基础上，建立直流有刷电机换向的低频等效电路模型，并利用低频等效电路模型，获得干扰源的低频特性，干扰源为直流有刷电机换向时产生电磁干扰的器件。
计算单元830，用于利用干扰源的低频特性，计算干扰源的高频特性。
第三建立单元840，用于建立直流有刷电机的简化结构的全波模型；
集成单元850，用于将干扰源的高频特性集成到全波模型中，得到集成模型，并对集成模型进行数值仿真计算，得到直流有刷电机的电磁干扰。
本发明实施例提供的技术方案，无论是直流有刷电机的低频阻抗模型、换向的低频等效电路模型、高频特性计算，还是简化结构的全波模型，均可以在直流有刷电机的设计阶段，根据直流有刷电机的相关参数建立得到，因此相对于现有技术，本发明实现了在设计阶段对直流有刷电机进行建模仿真分析；同时，本方案基于建模和电磁兼容原理，计算出100KHz至数百MHz的高频率的干扰源特性，因此能覆盖到电磁兼容关注的较高频率范围，具有较好的工程实用价值。
在上述实施例提供的装置中，第一建立单元810，可以包括：
第一建立子单元，用于对直流有刷电机内部的每个线圈建立低频等效电路，低频等效电路包括线圈本身的等效电路和所述线圈对直流有刷电机的外壳的等效电路；
第二建立子单元，用于根据直流有刷电机的绕组的绕线方式和线圈的连接关系，将N个线圈的低频等效电路连接起来形成低频阻抗模型，其中N个线圈构成绕组，N为正整数。
在上述实施例提供的装置中，第二建立单元820，包括：
并联单元，用于在每个线圈的低频等效电路上均并联时间控制的开关，开关闭合的时间模拟直流有刷电机换向时短路的时间，开关关断的时间模拟直流有刷电机换向时恢复的时间；
第三建立子单元，用于对并联了开关的低频等效电路上连接导线和直流电源的电路模型，以得到低频等效电路模型；
仿真单元，用于对低频等效电路模型进行时域仿真，得到直流有刷电机的电源线引脚的电流；
转换单元，用于对电流进行快速傅里叶变换转换，得到低频干扰电流波形；
第一确定单元，用于将低频干扰电流波形作为干扰源的低频特性。
在上述实施例提供的装置中，计算单元830，包括：
第一获取单元，用于获取低频干扰电流波形的所有峰值点；
拟合单元，用于采用函数拟合的方式对所有峰值点进行数据拟合，得到低频干扰电流波形的包络线；
外推单元，用于将包络线中的频率外推至电磁兼容所关注的高频范围内，以形成高频干扰电流波形的包络线；
第二获取单元，用于获取分界频率，其中分界频率为所述低频阻抗模型的差模阻抗取最大值时的频率；
分解单元，用于利用分界频率，将高频干扰电流波形的包络线分解为高频干扰电流的差模分量和高频干扰电流的共模分量；
第二确定单元，用于将高频干扰电流的差模分量和高频干扰电流的共模分量作为干扰源的高频特性。
在上述实施例提供的装置中，第三建立单元840在具体实现时：
仅保留直流有刷电机的金属部件、磁铁、电子器件，按照实际材料特性对金属部件和磁铁建模并去掉较小的精细结构，按照等效电路对电容、电感、TVS等电子器件及其引线建模。其中，换向器、铁芯、转轴分别建模并电气连接起来。绕组按照线圈的外形建模为实心金属块，并电气连接到换向器。在碳刷头的位置定义端口，后续模型集成时把干扰源的高频特性集成至此端口。
在上述实施例提供的装置中，集成单元850，包括：
集成子单元，用于将高频干扰电流的差模分量和高频干扰电流的共模分量分别集成到全波模型中，以形成差模干扰的集成模型和共模干扰的集成模型；
计算单元，用于利用差模干扰的集成模型得到差模干扰源产生的电磁干扰，利用共模干扰的集成模型得到共模干扰源产生的电磁干扰；
第三确定单元，用于将差模干扰源产生的电磁干扰和共模干扰源产生的电磁干扰相加得到直流有刷电机的电磁干扰。
本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”“第四”等(如果存在)是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例例如能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
对于装置或系统实施例而言，由于其基本相应于方法实施例，所以相关之处参见方法实施例的部分说明即可。以上所描述的装置或系统实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。
在本发明所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统，装置和方法，在没有超过本发明的精神和范围内，可以通过其他的方式实现。当前的实施例只是一种示范性的例子，不应该作为限制，所给出的具体内容不应该限制本发明的目的。例如，所述单元或子单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或多个子单元结合一起。另外，多个单元可以或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。
另外，所描述系统，装置和方法以及不同实施例的示意图，在不超出本发明的范围内，可以与其它系统，模块，技术或方法结合或集成。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
以上所述仅是本发明的具体实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种电磁干扰建模仿真方法，其特征在于，包括：
建立直流有刷电机的低频阻抗模型；
在所述低频阻抗模型的基础上，建立所述直流有刷电机换向的低频等效电路模型，并利用所述低频等效电路模型，获得干扰源的低频特性，所述干扰源为所述直流有刷电机换向时产生电磁干扰的器件；
利用所述干扰源的低频特性，计算所述干扰源的高频特性；
建立所述直流有刷电机的简化结构的全波模型；
将所述干扰源的高频特性集成到所述全波模型中，得到集成模型，并对所述集成模型进行数值仿真计算，得到所述直流有刷电机的电磁干扰。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，建立直流有刷电机的低频阻抗模型，包括：
对所述直流有刷电机内部的每个线圈建立低频等效电路，所述低频等效电路包括所述线圈本身的等效电路和所述线圈对所述直流有刷电机的外壳的等效电路；
根据所述直流有刷电机的绕组的绕线方式和所述线圈的连接关系，将N个所述线圈的低频等效电路连接起来形成所述低频阻抗模型，其中N个所述线圈构成所述绕组，N为正整数。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，在所述低频阻抗模型的基础上，建立所述直流有刷电机换向的低频等效电路模型，并利用所述低频等效电路模型，获得干扰源的低频特性，包括：
在所述每个线圈的低频等效电路上均并联时间控制的开关，所述开关闭合的时间模拟所述直流有刷电机换向时短路的时间，所述开关关断的时间模拟所述直流有刷电机换向时恢复的时间；
对并联有所述开关的低频等效电路上连接导线和直流电源的电路模型，以得到所述低频等效电路模型；
对所述低频等效电路模型进行时域仿真，得到所述直流有刷电机的电源线引脚的电流；
对所述电流进行快速傅里叶变换转换，得到低频干扰电流波形；
将所述低频干扰电流波形作为所述干扰源的低频特性。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，利用所述干扰源的低频特性，计算所述干扰源的高频特性，包括：
获取所述低频干扰电流波形的所有峰值点；
采用函数拟合的方式对所述所有峰值点进行数据拟合，得到所述低频干扰电流波形的包络线；
将所述包络线中的频率外推至电磁兼容所关注的高频范围内，以形成高频干扰电流波形的包络线；
获取分界频率，其中所述分界频率为所述低频阻抗模型的差模阻抗取最大值时的频率；
利用所述分界频率，将所述高频干扰电流波形的包络线分解为高频干扰电流的差模分量和高频干扰电流的共模分量；
将所述高频干扰电流的差模分量和所述高频干扰电流的共模分量作为所述干扰源的高频特性。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，将所述干扰源的高频特性集成到所述全波模型中，得到集成模型，并利用所述集成模型进行数值仿真计算，得到所述直流有刷电机的电磁干扰，包括：
将所述高频干扰电流的差模分量和所述高频干扰电流的共模分量分别集成到所述全波模型中，以形成差模干扰的集成模型和共模干扰的集成模型；
利用所述差模干扰的集成模型得到差模干扰源产生的电磁干扰，利用所述共模干扰的集成模型得到共模干扰源产生的电磁干扰；
将所述差模干扰源产生的电磁干扰和所述共模干扰源产生的电磁干扰相加得到所述直流有刷电机的电磁干扰。
6.一种电磁干扰建模仿真装置，其特征在于，包括：
第一建立单元，用于建立直流有刷电机的低频阻抗模型；
第二建立单元，用于在所述低频阻抗模型的基础上，建立所述直流有刷电机换向的低频等效电路模型，并利用所述低频等效电路模型，获得干扰源的低频特性，所述干扰源为所述直流有刷电机换向时产生电磁干扰的器件；
计算单元，用于利用所述干扰源的低频特性，计算所述干扰源的高频特性；
第三建立单元，用于建立所述直流有刷电机的简化结构的全波模型；
集成单元，用于将所述干扰源的高频特性集成到所述全波模型中，得到集成模型，并对所述集成模型进行数值仿真计算，得到所述直流有刷电机的电磁干扰。
7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述第一建立单元，包括：
第一建立子单元，用于对所述直流有刷电机内部的每个线圈建立低频等效电路，所述低频等效电路包括所述线圈本身的等效电路和所述线圈对所述直流有刷电机的外壳的等效电路；
第二建立子单元，用于根据所述直流有刷电机的绕组的绕线方式和所述线圈的连接关系，将N个所述线圈的低频等效电路连接起来形成所述低频阻抗模型，其中N个所述线圈构成所述绕组，N为正整数。
8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述第二建立单元，包括：
并联单元，用于在所述每个线圈的低频等效电路上均并联时间控制的开关，所述开关闭合的时间模拟所述直流有刷电机换向时短路的时间，所述开关关断的时间模拟所述直流有刷电机换向时恢复的时间；
第三建立子单元，用于对并联所述开关的低频等效电路上连接导线和直流电源的电路模型，以得到所述低频等效电路模型；
仿真单元，用于对所述低频等效电路模型进行时域仿真，得到所述直流有刷电机的电源线引脚的电流；
转换单元，用于对所述电流进行快速傅里叶变换转换，得到低频干扰电流波形；
第一确定单元，用于将所述低频干扰电流波形作为所述干扰源的低频特性。
9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述计算单元，包括：
第一获取单元，用于获取所述低频干扰电流波形的所有峰值点；
拟合单元，用于采用函数拟合的方式对所述所有峰值点进行数据拟合，得到所述低频干扰电流波形的包络线；
外推单元，用于将所述包络线中的频率外推至电磁兼容所关注的高频范围内，以形成高频干扰电流波形的包络线；
第二获取单元，用于获取分界频率，其中所述分界频率为所述低频阻抗模型的差模阻抗取最大值时的频率；
分解单元，用于利用所述分界频率，将所述高频干扰电流波形的包络线分解为高频干扰电流的差模分量和高频干扰电流的共模分量；
第二确定单元，用于将所述高频干扰电流的差模分量和所述高频干扰电流的共模分量作为所述干扰源的高频特性。
10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述集成单元，包括：
集成子单元，用于将所述高频干扰电流的差模分量和所述高频干扰电流的共模分量分别集成到所述全波模型中，以形成差模干扰的集成模型和共模干扰的集成模型；
计算单元，用于利用所述差模干扰的集成模型得到差模干扰源产生的电磁干扰，利用所述共模干扰的集成模型得到共模干扰源产生的电磁干扰；
第三确定单元，用于将所述差模干扰源产生的电磁干扰和所述共模干扰源产生的电磁干扰相加得到所述直流有刷电机的电磁干扰。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201810953885.5A CN108680813B (zh) | 2018-08-21 | 2018-08-21 | 一种电磁干扰建模仿真方法及装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201810953885.5A CN108680813B (zh) | 2018-08-21 | 2018-08-21 | 一种电磁干扰建模仿真方法及装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN108680813A true CN108680813A (zh) | 2018-10-19 |
| CN108680813B CN108680813B (zh) | 2020-09-29 |
Family
ID=63815465
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201810953885.5A Active CN108680813B (zh) | 2018-08-21 | 2018-08-21 | 一种电磁干扰建模仿真方法及装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN108680813B (zh) |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109800499A (zh) * | 2019-01-16 | 2019-05-24 | 电子科技大学 | 一种逆变器电机驱动系统电磁干扰发射的建模仿真方法 |
| CN112069681A (zh) * | 2020-09-07 | 2020-12-11 | 电子科技大学 | 一种基于知识建模的电动汽车通信电磁干扰抑制方法 |
| CN112131815A (zh) * | 2020-08-19 | 2020-12-25 | 西安交通大学 | 一种基于GaN反向过冲效应的电磁干扰预测算法 |
| CN112183810A (zh) * | 2020-08-19 | 2021-01-05 | 西安交通大学 | 一种基于密勒平台效应的电磁干扰预测算法 |
| CN113139321A (zh) * | 2021-05-14 | 2021-07-20 | 华北电力大学 | 一种直流输电换流阀塔内部磁场分布的计算方法及系统 |
| CN113378358A (zh) * | 2021-05-20 | 2021-09-10 | 同济大学 | 一种直流有刷电机传导和辐射干扰的建模仿真方法 |
| CN113476674A (zh) * | 2021-06-30 | 2021-10-08 | 江苏森宝生物科技有限公司 | 一种用于血液透析设备的电磁兼容方法 |
| CN116338367A (zh) * | 2023-05-31 | 2023-06-27 | 广汽埃安新能源汽车股份有限公司 | 一种整车电磁兼容性能的评估方法及装置 |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1056934A (zh) * | 1990-05-30 | 1991-12-11 | 江苏省科学技术情报研究所 | 交流电源干扰模拟器 |
| US5535223A (en) * | 1993-05-28 | 1996-07-09 | Sun Microsystems, Inc. | Method and apparatus for the verification and testing of electrical circuits |
| CN2610345Y (zh) * | 2003-03-11 | 2004-04-07 | 武汉精伦电子股份有限公司 | 一种用于检测仿真ic卡的电路 |
| CN203705566U (zh) * | 2013-12-03 | 2014-07-09 | 上海电力学院 | 数字式电能质量干扰发生装置 |
| CN105243198A (zh) * | 2015-09-21 | 2016-01-13 | 西安电子科技大学 | 一种抗核电磁脉冲的电源线滤波器设计方法 |
-
2018
- 2018-08-21 CN CN201810953885.5A patent/CN108680813B/zh active Active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1056934A (zh) * | 1990-05-30 | 1991-12-11 | 江苏省科学技术情报研究所 | 交流电源干扰模拟器 |
| US5535223A (en) * | 1993-05-28 | 1996-07-09 | Sun Microsystems, Inc. | Method and apparatus for the verification and testing of electrical circuits |
| CN2610345Y (zh) * | 2003-03-11 | 2004-04-07 | 武汉精伦电子股份有限公司 | 一种用于检测仿真ic卡的电路 |
| CN203705566U (zh) * | 2013-12-03 | 2014-07-09 | 上海电力学院 | 数字式电能质量干扰发生装置 |
| CN105243198A (zh) * | 2015-09-21 | 2016-01-13 | 西安电子科技大学 | 一种抗核电磁脉冲的电源线滤波器设计方法 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 周美兰 等: "低频矩形波电磁流量计信号处理电路的设计", 《哈尔滨理工大学学报》 * |
Cited By (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109800499A (zh) * | 2019-01-16 | 2019-05-24 | 电子科技大学 | 一种逆变器电机驱动系统电磁干扰发射的建模仿真方法 |
| CN112183810B (zh) * | 2020-08-19 | 2023-08-29 | 西安交通大学 | 一种基于密勒平台效应的电磁干扰预测算法 |
| CN112131815A (zh) * | 2020-08-19 | 2020-12-25 | 西安交通大学 | 一种基于GaN反向过冲效应的电磁干扰预测算法 |
| CN112183810A (zh) * | 2020-08-19 | 2021-01-05 | 西安交通大学 | 一种基于密勒平台效应的电磁干扰预测算法 |
| CN112131815B (zh) * | 2020-08-19 | 2022-12-09 | 西安交通大学 | 一种基于GaN反向过冲效应的电磁干扰预测算法 |
| CN112069681A (zh) * | 2020-09-07 | 2020-12-11 | 电子科技大学 | 一种基于知识建模的电动汽车通信电磁干扰抑制方法 |
| CN112069681B (zh) * | 2020-09-07 | 2023-04-28 | 电子科技大学 | 一种基于知识建模的电动汽车通信电磁干扰抑制方法 |
| CN113139321A (zh) * | 2021-05-14 | 2021-07-20 | 华北电力大学 | 一种直流输电换流阀塔内部磁场分布的计算方法及系统 |
| CN113139321B (zh) * | 2021-05-14 | 2024-05-31 | 华北电力大学 | 一种直流输电换流阀塔内部磁场分布的计算方法及系统 |
| CN113378358A (zh) * | 2021-05-20 | 2021-09-10 | 同济大学 | 一种直流有刷电机传导和辐射干扰的建模仿真方法 |
| CN113476674A (zh) * | 2021-06-30 | 2021-10-08 | 江苏森宝生物科技有限公司 | 一种用于血液透析设备的电磁兼容方法 |
| CN116338367B (zh) * | 2023-05-31 | 2023-08-15 | 广汽埃安新能源汽车股份有限公司 | 一种整车电磁兼容性能的评估方法及装置 |
| CN116338367A (zh) * | 2023-05-31 | 2023-06-27 | 广汽埃安新能源汽车股份有限公司 | 一种整车电磁兼容性能的评估方法及装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN108680813B (zh) | 2020-09-29 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN108680813A (zh) | 一种电磁干扰建模仿真方法及装置 | |
| CN108152651A (zh) | 基于gmapm和som-lvq-ann的输电线路故障综合识别方法 | |
| Milanović et al. | Validation of equivalent dynamic model of active distribution network cell | |
| CN105203853B (zh) | 一种大容量高频变压器寄生电容的测量方法 | |
| CN104597378A (zh) | 基于暂态非工频零序电流的含dg配电网的故障选线方法 | |
| CN102999668B (zh) | 一种机电暂态数据至电磁暂态数据的自动转换方法 | |
| CN102510044A (zh) | 基于小波变换和概率神经网络的励磁涌流鉴别方法 | |
| CN103904779A (zh) | 一种智能变电站的全站智能终端模拟装置及其使用方法 | |
| CN109800499A (zh) | 一种逆变器电机驱动系统电磁干扰发射的建模仿真方法 | |
| CN110672976B (zh) | 基于并联卷积神经网络的多端直流输电线路故障诊断方法 | |
| CN108306284A (zh) | 一种基于局部智能量测的在线负荷建模方法 | |
| CN103018534A (zh) | 确定谐波电压的方法及系统 | |
| CN109360579A (zh) | 充电桩语音控制装置以及系统 | |
| CN103887792B (zh) | 一种含分布式电源的低压配电网建模方法 | |
| CN111062145B (zh) | 一种基于三层分区和电气距离的电磁暂态仿真等值方法 | |
| CN105810038B (zh) | 基于matlab-simulink XPC模式下环微网并网控制的教学实验装置及其方法 | |
| CN102999361A (zh) | 一种机电暂态数据至电磁暂态数据的自动更新方法 | |
| CN111817359B (zh) | 一种基于等效电路的微电网可求解边界分析的方法 | |
| Skibin et al. | Behavioral circuit modeling of chokes with multi-resonances using genetic algorithm | |
| CN203838334U (zh) | 电能表比对模拟台 | |
| CN210199216U (zh) | 一种反窃电全要素试验平台 | |
| CN203871923U (zh) | 智能变电站的全站智能终端模拟装置 | |
| CN207703967U (zh) | 一种电磁干扰故障诊断装置 | |
| CN104915510B (zh) | 智能变电站二次系统的虚拟二次回路和光纤回路设计方法 | |
| Zhu et al. | Single-phase ground fault identification method for distribution network based on inception model and sample expansion |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CP03 | Change of name, title or address |
Address after: 4 / F, building 1, No.14 Jiuxianqiao Road, Chaoyang District, Beijing 100020 Patentee after: Beijing Jingwei Hirain Technologies Co.,Inc. Address before: 8 / F, block B, No. 11, Anxiang Beili, Chaoyang District, Beijing 100101 Patentee before: Beijing Jingwei HiRain Technologies Co.,Ltd. |
|
| CP03 | Change of name, title or address |