CN109800499B - 一种逆变器电机驱动系统电磁干扰发射的建模仿真方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种逆变器电机驱动系统电磁干扰发射的建模仿真方法，应用于机电设备电磁干扰发射建模仿真领域，考虑了三维结构中的线与线之间、实体与实体之间以及实体与线之间的空间分布关系对等效电路模型和空间电磁场的影响，根据逆变器电机驱动系统的3D空间线缆模型、3D实体模型及3D空间等效电路模型，建立逆变器电机驱动系统的电路仿真模型，获取不同调制方式的控制信号为激励输入逆变器电机驱动系统的电路仿真模型，得到仿真后的线缆时域电流波形数据；修改3D空间的线缆模型并重新生成相应的新3D空间等效电路模型，建立场线路协同仿真的电路侧模型，将线缆时域电流波形数据为激励输入场线路协同仿真的电路侧模型，得到空间辐射结果。
Description
技术领域
本发明属于机电设备电磁干扰发射建模仿真技术领域，尤其涉及一种逆变器电机驱动系统电磁干扰发射仿真技术。
背景技术
逆变器电机驱动系统已经被广泛应用于纯电动汽车、混合动力汽车以及其它使用变频调速控制电机的各种机电设备以及产品中。逆变器电机驱动系统主要由电机控制器、驱动电机、线缆、电源等几部分构成。由于逆变器电机驱动系统中的电机控制器中的逆变驱动部分使用了功率模块或元器件，例如IPM、PIM或IGBT、MOSFET等。这些开关功率器件由于在DC/AC逆变调制等工作模式下，如各种PWM调制，从而出现持续地高速地导通与关断等操作。开关功率器件的快速通断产生了很大的dv/dt，从而产生了宽频带的电磁干扰。这些电磁干扰一部分以传导电磁发射的形式通过导线等影响设备内的其它电子零部件，另一方面又以辐射电磁发射地形式通过各种回路形成辐射天线从而辐射到空间中来影响设备内的其它电子零部件，从而可能造成比较严重的EMC问题。
逆变器电机驱动系统的电磁干扰发射包括传导干扰发射和辐射干射。由于逆变器电机驱动系统经常被用于电动汽车等高压大功率的电能——机械能转换的场合中，因而其中的DC/AC逆变过程会产生很大的dv/dt及di/dt，从而会产生较严重的电磁发射骚扰，也因此常常作为最主要的电磁干扰发射源。为了更好地去设计、分析、解决应用逆变器电机驱动系统的产品的电磁兼容问题，对电动汽车等产品中的逆变器电机驱动系统进行电磁干扰发射的建模仿真分析是一项重要的手段。
现如今对逆变器电机驱动系统的电磁干扰发射的建模仿真技术大多将传导干扰发射和辐射干扰发射进行关联得比较少，并且严重地依赖于实际试验中所测到的数据，不利于进行发射研究。逆变器电机驱动系统电磁干扰发射建模仿真中，在建立模型时也很少有考虑到空间实体分布来进行相应的电路功能仿真。对比文件：电动汽车电机驱动系统电磁干扰预测模型的研究[D].重庆大学,2015，彭河蒙等提出了一种传导电磁干扰发射的方法只是选取了某部分回路来进行差模和共模分别仿真，并不能在仿真干扰的同时仿真出线路中的工作情况，且并不能作为辐射干扰发射仿真的激励；对比中国发明专利申请文件：CN104698860 A，2015.06.10，翟丽、张新宇等提出了包含元器件的传导干扰发射仿真平台，但是实际使用中该平台并不能正确仿真出线路中的电流，如三相线中的近似正弦波的电流，甚至很难得出仿真结果，并且其采用的是普通port的激励输入方式不能正确控制功率开关器件，如IGBT等，同时其所提方法也没充分考虑空间中各个线之间、空间各实体之间以及空间线与实体之间的空间关系对电路模型的影响，而这些空间关系又常常产生各种寄生电容、寄生电感，从而影响高频电磁干扰发射的仿真；对比文件：肖培,王珏,凌明祥,et al.场线路多耦合下电机及其驱动系统辐射电磁干扰预测方法研究[J].电子学报,2017(10):139-146.全文，该文献所提的电机及其驱动系统的辐射干扰仿真方法只能实现从三相线缆中的电压与母线电流到空间辐射的仿真，但其并不能解决如何用于研究电机驱动系统中由于调制方式不同等控制因素与电路结构等因素而造成的不同控制信号如何影响空间辐射电磁干扰发射的问题，而且其在仿真辐射时，三相线缆采用的是电压激励这将致使在进行线缆仿真时空间辐射电磁场极大地受到电机模型的精度的影响。在现有辐射干扰发射仿真基本是通过实际测量的电流、电压波形来作为激励，并以此来仿真预测空间辐射分布，然而并不能很好地应用于控制信号以及其它影响这些线路电流的因素的不同直接对辐射的影响。
综上，现有技术主要存在以下问题：
不能连续实现从不同调制方式的控制信号以及其它电路元素到逆变器电驱系统的工作状态、传导发射干扰再到辐射干扰发射的具有很强连贯性的电磁干扰发射仿真；
不能有效地同时仿真出工作状态与传导干扰发射，以及不便于研究控制信号以及其它电路参数的不同对线缆辐射的影响；
没有足够地考虑线与线之间、实体与实体之间以及实体与线之间的空间分布关系。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提出一种逆变器电机驱动系统电磁干扰发射的建模仿真方法，连续实现从控制信号到传导干扰发射再到辐射干扰发射的具有连贯性的电磁干扰发射仿真，有效地同时仿真出工作时的工作状态与传导干扰发射。
本发明采用的技术方案为：一种逆变器电机驱动系统电磁干扰发射的建模仿真方法，包括：
S1、获取各功率开关的控制电压时域波形数据；
S2、建立逆变器电机驱动系统的3D空间线缆模型以及3D实体模型；
上述的逆变器电机驱动系统的3D空间线缆模型为根据交流端U相、V相、W相这三相线缆建立的Cable Bundles线缆束模型；
上述3D实体模型至少包括：直流端正极线缆和直流端负极线缆则建立的solidwire model模式的Wires实体模型；Wires实体模型包括：直流正极线缆模型、直流负极线缆模型；3D实体模型还包括：电源、LSIN模型、电机模型；LSIN模型包括正极LSIN模型、负极LSIN模型；
S3、生成3D空间等效电路模型；
S4、根据步骤S2建立的逆变器电机驱动系统线缆模型、3D实体模型以及步骤S3生成的3D空间等效电路模型，建立逆变器电机驱动系统的电路仿真模型；所述的逆变器电机驱动系统的电路仿真模型，其电路连接关系为：
电源的正极接直流正极线缆模型的第一端与正极LISN模型的非地端，电源的负极接直流负极线缆模型的第一端和负极LISN模型的非地端，正极LISN模型的接地端和负极LISN模型的接地端都接地；
直流正极线缆模型的第二端接逆变器模型的正极接线端，直流负极线缆模型的第二端接逆变器模型的负极接线端，逆变器模型的正极接线端还接第一对地电容的第一端，第一对地电容的第二端接地，逆变器模型的负极接线端还接第二对地电容第一端，第二对地电容的第二端接地；
逆变器模型的U相线缆端接3D空间等效电路模型的U相线缆输入端，逆变器模型的U相线缆端还接第三对地电容第一端，第三对地电容第二端接地；
逆变器模型的V相线缆端接3D空间等效电路模型的V相线缆输入端，逆变器模型的V相线缆端还接第四对地电容第一端，第四对地电容第二端接地；
逆变器模型的W相线缆端接3D空间等效电路模型的W相线缆输入端，逆变器模型的W相线缆端还接第五对地电容第一端，第五对地电容第二端接地；
3D空间等效电路模型的U相、V相、W相的输出端分别接电机模型的U相、V相、W相的输入端，电机模型的电机绕组中性点接第六对地电容第一端，第六对地电容第二端接地。
上述逆变器模型电路结构包括：第一External Port、第二External Port、第三External Port、第四External Port、第五External Port、第六External Port、U相的上桥臂的功率开关器件模型、V相的上桥臂的功率开关器件模型、W相的上桥臂的功率开关器件模型、U相的下桥臂的功率开关器件模型、V相的下桥臂的功率开关器件模型、W相的下桥臂的功率开关器件模型；所述第一External Port、第二External Port、第三External Port、第四External Port、第五External Port、第六External Port均为Differential状态；
所述逆变器模型电路连接关系为：
U相的上桥臂的功率开关器件模型的电流输入端接逆变器模型的正极接线端，V相的上桥臂的功率开关器件模型的电流输入端接逆变器模型的正极接线端，W相的上桥臂的功率开关器件模型的电流输入端接逆变器模型的正极接线端；
U相的下桥臂的功率开关器件模型的电流输出端接逆变器模型的负极接线端，V相的下桥臂的功率开关器件模型的电流输出端接逆变器模型的负极接线端，W相的下桥臂的功率开关器件模型的电流输出端接逆变器模型的负极接线端；
U相的上桥臂的功率开关器件模型的控制端接第一External Port，V相的上桥臂的功率开关器件模型的控制端接第三External Port，W相的上桥臂的功率开关器件模型的控制端接第五External Port；U相的下桥臂的功率开关器件模型的控制端接第二ExternalPort，V相的下桥臂的功率开关器件模型的控制端接第四External Port，W相的下桥臂的功率开关器件模型的控制端接第六External Port；
U相的上桥臂的功率开关器件模型的电流输出端接U相的下桥臂的功率开关器件模型的电流输入端，V相的上桥臂的功率开关器件模型的电流输出端接V相的下桥臂的功率开关器件模型的电流输入端，W相的上桥臂的功率开关器件模型的电流输出端接W相的下桥臂的功率开关器件模型的电流输入端。
S5、将步骤S1获取的各功率开关的控制电压时域波形数据作为激励，输入步骤S4建立的电路仿真模型中，得到正极传导电压频谱、各线路时域电流波形；然后导出仿真后的线缆时域电流波形数据；具体通过ASCII Import模式导入步骤S1获取的各功率开关的控制电压时域波形数据作为激励到对应的6个Differential状态的External Port中作为激励。本步骤进行仿真时选取CST中的CST电路求解器。
S6、修改逆变器电机驱动系统的3D空间线缆模型，并重生成新的3D空间等效电路模型；修改逆变器电机驱动系统的3D空间线缆模型，具体为：将solid wire model模式的Wires实体模型修改为Cable Bundles线缆束模型；
S7、根据修改后的逆变器电机驱动系统的3D空间线缆模型、新的3D空间等效电路模型，建立场线路协同仿真的电路侧模型；所述的场线路协同仿真的电路侧模型的电路结构，包括：第七External Port、第八External Port、第九External Port、第十ExternalPort、第十一External Port；所述第七External Port、第八External Port、第九ExternalPort、第十External Port、第十一External Port均为一般模式；
场线路协同仿真的电路侧模型电路连接关系为：第七External Port接新的3D空间等效电路模型的U相线缆输入端，第八External Port接新的3D空间等效电路模型的V相线缆输入端，第九External Port接新的3D空间等效电路模型的W相线缆输入端，第十External Port接新的3D空间等效电路模型的直流正极线缆输入端，第十一External Port接新的3D空间等效电路模型的直流负极线缆输入端；
新的3D空间等效电路模型的U相线缆输出端接电机模型的U相的输入接线端，新的3D空间等效电路模型的V相线缆输出端接电机模型的V相的输入接线端，新的3D空间等效电路模型的W相线缆输出端接电机模型的W相的输入接线端；
电机模型的电机绕组中性点接第六对地电容第一端，第六对地电容第二端接地；
新的3D空间等效电路模型的直流正极线缆输出端接第一负载电阻第一端，第一负载电阻第二端接地；新的3D空间等效电路模型的直流负极线缆输出端接第二负载电阻第一端，第二负载电阻第二端接地。
S8、将步骤S5得到的仿真后的线缆时域波形数据作为激励，输入步骤S7建立的场线路协同仿真的电路侧模型，得到空间辐射结果；具体通过ASCII Import模式导入步骤S5得到的仿真后的线缆时域波形数据作为激励到对应的5个一般模式的External Port中作为激励。本步骤进行仿真时选取CST中的CST CS to co-simulation电路求解器，co-simulation的方式也是bi-Directional。
本发明的有益效果：本发明的一种逆变器电机驱动系统电磁干扰发射的建模仿真方法，考虑了三维结构中的线与线之间、实体与实体之间以及实体与线之间的空间分布关系对等效电路模型和空间电磁场的影响，根据逆变器电机驱动系统的3D空间线缆模型、3D实体模型以及3D空间等效电路模型；建立逆变器电机驱动系统的电路仿真模型，通过步骤S1获取不同调制方式的控制信号为激励输入逆变器电机驱动系统的电路仿真模型，得到仿真后的线缆时域波形数据；通过修改3D空间的线缆模型并重新生成相应的新3D空间等效电路模型，建立场线路协同仿真的电路侧模型，以仿真后的线缆时域波形数据为激励输入场线路协同仿真的电路侧模型，得到空间辐射结果；本发明的方法具备以下优点：
1、连续实现从控制信号到传导干扰发射再到辐射干扰发射的具有连贯性的电磁干扰发射仿真，有效地同时仿真出工作时的工作状态与传导干扰发射；
2、考虑了三维结构中的线与线之间、实体与实体之间以及实体与线之间的空间分布关系对等效电路模型和空间电磁场的影响；
3、有助于研究控制信号以及其它电路参数的不同对线缆辐射的影响，有助于研究空间关系对传导干扰发射和辐射干扰发射的影响，能在仿真传导干扰发射时仿真出三相线缆在相应调制下的工作电流，例如近似正弦波的电流；
4、在CST中进行系统电路仿真时本发明采用了differential模式的外部端口导入电压输入激励，能正确地实现功率开关器件的完全的开关动作，而使用普通的外部端口导入激励，将使功率开关器件不能正常工作。
附图说明
图1为本发明实施例提供的本发明方法的方案流程图；
图2为本发明实施例提供的系统电路仿真时的电路模型示意图；
图3为本发明实施例提供的场线路协同仿真时电路侧的电路模型示意图；
图4为本发明实施例提供的获取各功率开关的控制电压时域波形；
其中，图4(a)为U相上桥臂、V相上桥臂、W相上桥臂的功率开关的控制电压时域波形；图4(b)为U相下桥臂、V相下桥臂、W相下桥臂的功率开关的控制电压时域波形；
图5为本发明实施例提供的系统电路仿真时的3D空间模型3D线框视图；
图6为本发明实施例提供的系统电路仿真时的电路模型图；
图7为本发明实施例提供的逆变器电机驱动系统的电路仿真结束后得出所设探针处的电压及电流的时域波形、频域频谱；
其中，图7(a)为U相、V相、W相线缆时域电流波形图；图7(b)为正极LISN处的正极传导电压的频谱；
图8为本发明实施例提供的场线路协同仿真时的3D空间模型3D线框视图；
图9为本发明实施例提供的场线路协同仿真时的电路模型；
图10为本发明实施例提供的场线路协同仿真所得的3D空间界面中所设探针的点的辐射电场强度结果；
其中，图10(a)为探针处的电场强度的模的频谱；图10(b)为探针处的电场强度的x方向分量的频谱；图10(c)为探针处的电场强度的y方向分量的频谱；图10(d)为探针处的电场强度的z方向分量的频谱；
图11为本发明实施例提供的differential模式的external port与一般模式的external port在进行激励时对于开关管的控制效果的对比图；
其中，图11(A)为一般模式的external port，图11(B)为differential模式的external port，图11(C)为电压激励，图11(D)为differential模式的external port与一般模式的external port对于开关管的控制效果比较图。
具体实施方式
为便于本领域技术人员理解本发明的技术内容，下面结合附图对本发明内容进一步阐释。
如图1所示为本发明的方案流程图，本发明的方法为：一种逆变器电机驱动系统电磁干扰发射的建模仿真方法，具体实现过程如下：
S1、获取各功率开关的控制电压时域波形数据；不同形式的控制信号通过使用常规已有方法可很容易获取，具体的获取方法不是本发明重点，在此不做详细阐述。
本实施例中，通过saber等仿真软件建立相应调制电路获取以下条件的波形数据，调制方式为双极性SPWM，三角载波为6V、10KHz，调制波为5V、500Hz，输出电压为+15～-15V，U相上桥臂和下桥臂的调制波起始相位都为0°、V相上桥臂和下桥臂调制波起始相位都为-120°、W相上桥臂和下桥臂调制波起始相位都为120°。当三角载波电压幅值大于调制波电压幅值时，上桥臂控制电压输出为负，下桥臂输出为正；当三角载波电压幅值小于调制波电压幅值时，上桥臂控制电压输出为正，下桥臂输出为负。其调制结果如图4(a)与图4(b)所示，图4(a)中HU-port1、HV-port3、HU-port5分别为U相上桥臂、V相上桥臂、W相上桥臂的功率开关的控制电压时域波形，图4(b)中LU-port2、LV-port4、LU-port6分别为U相下桥臂、V相下桥臂、W相下桥臂的功率开关的控制电压时域波形，从中可以看出同相的上、下桥臂同一时间其中一个桥臂控制电压为正时所对应的另一个桥臂控制电压将为负。将调制出的6个功率开关的控制电压波形导出为CSV格式或txt格式，导出0～0.01s的时间段的时域数据。图4的纵坐标Voltage是电压，单位V；横坐标Time是时间，单位是ms。
S2、建立逆变器电机驱动系统的3D空间线缆模型以及3D实体模型；
在CST CS中的3D界面中建立出逆变器电机驱动系统线缆模型以及其它3D实体结构模型。其中交流端U相、V相、W相这三相线缆建立Cable Bundles线缆束模型，而直流正极线缆和直流端负极线缆则建立成有半径的对应材料的solid wire model模式的Wires实体模型。建立结果如图5所示，建立实例模型细节为：公共地平面ground为长5米(Xmin-2500，Xmax2500)、宽1米(Ymin-500，Ymax500)、厚度为0(Zmin0，Zmax0)的材料为PEC的Brick；正极LISN为长0.35米(Xmin-900，Xmax-550)、宽0.15米(Ymin10，Ymax160)，高0.15米(Zmin0，Zmax150)的材料为Aluminum的Brick；负极LISN为正极LISN的关于Y＝0这个平面的影像；逆变器为长0.12米(Xmin-60，Xmax60)、宽0.27米(Ymin-135，Ymax135)、高0.08米(Zmin0，Zmax80)的材料为Aluminum的Brick；电机为直径0.3米、长0.3米、体心在(X1160，Y0，Z150)的材料为Aluminum的Cylinder；U相线缆的线迹Trace为N7(0,70,94)-N8(1000,70,94)，V相线缆的线迹Trace为N5(0,0,94)-N6(1000,0,94)，V相线缆的线迹Trace为N5(0,0,94)-N6(1000,0,94)，U相线缆、V相线缆、W相线缆都为长1米，线型为内径7mm材料为Cu、并且外部厚度2mm的材料为PE的Wrap形式的单芯线的Cable Bundles模型；正极线缆的轨迹为N1(-540，35,94)-N2(-40,35,94)，负极线缆的的轨迹为N3(-540,-35,94)-N4(-40,-35,94)，正极线缆和负极线缆都为长0.5米，半径为3.5mm的solid wire model模式的材料为Copper(annealed)的Wires实体模型。
S3、生成3D空间等效电路模型；考虑了空间信息，具体的：将步骤S2建立的空间实体模型经软件自己计算寄生电容、电感以及其它电学性能而后转化为电路参数模型，以影响步骤S5所仿真出的传导发射干扰和线缆工作电压电流。
本实施例中给出生成3D空间等效电路模型的具体操作过程：在CST CS中的3D界面设置频率为40MHz、边界开放边界、网格默认设置、网格类型选用Hexahedral TLM，通过2D(TL)Modeling功能生成3D界面中的空间模型对应的Schematic界面中的3D空间等效电路模型，其中2D(TL)Modeling的设置保持默认。
S4、根据步骤S2建立的逆变器电机驱动系统线缆模型、3D实体模型以及步骤S3生成的3D空间等效电路模型，建立逆变器电机驱动系统的电路仿真模型；
在CST CS的Schematic界面中进行以下操作。建立方法依照图2所示，实例中建模后如图6所示(图6中仿真软件SPICE模型的型号为stgw39nc60vd)。其中电源1取380V直流电源；正极LISN模型2和负极LSIN模型3皆取0.47uF电容及50Ω电阻串联的形式，且连接方式为电阻侧为接地侧，电容侧为接电源和线缆的一侧；直流正极线缆模型4和直流负极线缆模型5皆取100nH电感和0.02Ω电阻串联的形式；功率开关SPICE模型67、68、69、610、611、612皆采用Data Import功能导入相应的N沟道IGBT的型号为stgw39nc60vd的SPICE模型文件，其中端口编号“1”、“2”、“3”为N沟道IGBT的“C”、“G”、“E”端；设立6个Differential状态的External Port激励输入端口，U相上桥臂、U相下桥臂、V相上桥臂、V相下桥臂、W相上桥臂、W相下桥臂对应的External Port 61、62、63、64、65、66的端口序号分别为“1”、“2”、“3”、“4”、“5”、“6”，其连接方式为Differential状态的External Port激励输入端口的主接线端接相对应的stgw39nc60vd的SPICE模型文件的“2”端，Differential状态的External Port激励输入端口的Differential接线端接相对应的stgw39nc60vd的SPICE模型文件的“3”端；3D空间等效电路模型7通过上述步骤3获得，通过调整引脚位置后如图6中所示，其中“N7_SW_4”、“N8_SW_4”、“N5_SW_3”、“N6_SW_3”、“N9_SW_5”、“N10_SW_5”分别为3D空间等效电路模型的U相线缆输入端、U相线缆输出端、V相线缆输入端、V相线缆输出端、W相线缆输入端、W相线缆输出端；电机模型8取三组电阻为2Ω和电感为2mH的串联结构，且电阻端分别作为U相输入接线端、V相输入接线端、W相输入接线端，电感侧连接在一起作为对地电容接线端；第一对地电容9、第二对地电容10、第三对地电容11、第四对地电容12、第五对地电容13、第六对地电容14分别去60pF、60pF、30pF、30pF、30pF、200pF；按照图6连接好未连接的其余线路部分。
S5、将步骤S1获取的各功率开关的控制电压时域波形数据作为激励，输入步骤S4建立的电路仿真模型中，仿真出线路中各探针处电压电流时域与频域结果，然后导出仿真后的线缆时域波形数据；通过将步骤S1获得的控制信号输入电路仿真模型，为后续研究控制信号的不同对线缆辐射的影响提供条件；同时通过步骤4中建模元件参数的不同，为后续研究电路参数的不同对线缆辐射的影响提供条件。
本实施例给出步骤S5的具体实施过程：包括导入激励、完成仿真设置、运行系统电路仿真、得到正极传导电压频谱，导出线缆电流时域波形数据。在CST CS的Schematic中设置Transient的Task，并通过ASCII Import模式导入步骤S1所获得的相应的时域电压波形数据到相对应6个External Port中作为激励，即HU-port1、LU-port2、HV-port3、LV-port4、HU-port5、LU-port6数据分别导入External Port“1”、“2”、“3”、“4”、“5”、“6”，设置仿真频率为40MHz，设置频谱采样总点数为1000、设置仿真最大时间Tmax＝10ms、设置电路求解器选为CST，设置如图6所示的探针P1、P2、P3、P4、P5、P6、P7、P8、P9、P10、P11、P12、P13、P14、P15、P16，其中P7、P8、P9、P15、P16、P11为主要探针，运行仿真。仿真结束后得出所设探针处的电压及电流的0～10ms时域波形、0～40MHz频域频谱。其中，U相、V相、W相线缆电流时域波形为图7(a)所示的“U”、“V”、“W”，正极LISN处的正极传导电压的频谱如图7(b)中的“P11”所示。正确导出U相、V相、W相、直流正极、直流负极线缆的时域电流波形数据成txt格式文件或CSV格式文件。图7的纵坐标Current是电流，单位A；横坐标Time是时间，单位是ms。
S6、修改逆变器电机驱动系统的3D空间线缆模型，并重生成新的3D空间等效电路模型；
本实施例给出步骤S6的具体实施过程为：在CST CS的3D界面中的直流正极线缆和直流端负极线缆的solid wire model模式的Wires实体模型修删除，并在原线缆轨迹上建立Cable Bundles线缆束模型，即正极线缆的轨迹为N1(-540，35,94)-N2(-40,35,94)，负极线缆的轨迹为N3(-540,-35,94)-N4(-40,-35,94)，正极线缆和负极线缆都为长0.5米、线型为内径7mm材料为Cu、并且外部厚度2mm的材料为PE的Wrap形式的单芯线的Cable Bundles模型，建立后如图8，在其余设置保持不变的情况下再通过2D(TL)Modeling功能生成3D界面中的空间模型对应的Schematic界面中的新3D空间模型等效电路模型；
S7、根据修改后的逆变器电机驱动系统的3D空间线缆模型、新的3D空间等效电路模型，建立场线路协同仿真的电路侧模型；
本实施例给出步骤S7的具体实施过程为：在CST CS的Schematic界面中，按如图3所示的模型进行建立场线路协同仿真的电路侧模型，且在本实例中建立结果如图9所示。建模细节如下。保留新生成的新3D空间等效电路模型71、电机模型8、以及电机绕组中性点对地电容14，然后删除其它所有的模块与连接线、探针等，重新设置5个一般模式的ExternalPort 15、16、17、18、19。其中正极线缆线束的第一负载电阻20和负极线缆线束的第二负载电阻21皆取50Ω；External Port 15、16、17、18、19的编号分别为“1”、“2”、“3”、“4”、“5”，分别接新3D空间等效电路模型71的U相线缆输入端、V相线缆输入端、W相线缆输入端、直流正极线缆输入端、直流负极线缆输入端；电机模型8依然取三组电阻为2Ω和电感为2mH的串联结构，且电阻端分别作为U相输入接线端、V相输入接线端、W相输入接线端，电感侧连接在一起作为对地电容接线端；并按图9完成其余线路连接。
S8、将步骤S5得到的仿真后的线缆时域波形数据作为激励，输入步骤S7建立的场线路协同仿真的电路侧模型，得到空间辐射结果。通过场线路协同仿真中电路中仿真和空间辐射场仿真同时计算，并相互影响，因为空间电磁场会在线缆中耦合出电压电流，而电压电流的变化也会改变空间电磁场，从而产生双向影响，空间中的结构会形成各种寄生电路参数，这些会影响电路仿真的模型也会影响辐射场。
本实施例给出步骤S8的具体实施过程为：设置场域监视器或场域探针，导入激励波形数据，进行场线路协同仿真。在CST CS的3D界面设置E-Field(0,-1000，0)的电场探针，保持设置仿真频率为0～40MHz，并在CST CS的Schematic界面中的Transient的Task中通过ASCII Import模式导入步骤5所得的相对应的时域电流波形数据到5个External Port中，即U相、V相、W相、直流正极、直流负极线缆的时域电流波形数据分别导入External Port“1”、“2”、“3”、“4”、“5”中，设置仿真最大时间Tmax＝2ms，设置电路仿真器为CST CS co-simulation，设置场域耦合方式为Bi-directional，设置如图9所示电路Probe探针“P6”、“P7”、“P8”、“P9”，然后运行仿真得出空间中(0,-1000，0)的电场探针处的电场频谱，如图10(a)、10(b)、10(c)、10(d)，分别为探针处的电场场强的模、x方向上的电场场强分量、y方向上的电场场强分量、z方向上的电场场强分量。图10横坐标Frequency是频率，单位MHz，纵坐标是电压，单位为dBuV/Hz。
图11给出了differential模式的external port与一般模式的external port在进行激励时对于开关管的控制效果的对比图；图11(A)为一般模式的external port，图11(B)为differential模式的external port，图11(C)为电压激励，图11(D)为differential模式的external port与一般模式的external por对于开关管的控制效果比较图，可见采用differential模式的external port比一般模式的external port导入激励，能正确地实现功率开关器件的完全的开关动作。
本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本发明的原理，应被理解为本发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的权利要求范围之内。
Claims (8)
1.一种逆变器电机驱动系统电磁干扰发射的建模仿真方法，其特征在于，包括：
S1、获取各功率开关的控制电压时域波形数据；
S2、建立逆变器电机驱动系统的3D空间线缆模型以及3D实体模型；
S3、生成3D空间等效电路模型；
S4、根据步骤S2建立的逆变器电机驱动系统线缆模型、3D实体模型以及步骤S3生成的3D空间等效电路模型，建立逆变器电机驱动系统的电路仿真模型；
S5、将步骤S1获取的各功率开关的控制电压时域波形数据作为激励，输入步骤S4建立的电路仿真模型中，得到正极传导电压频谱、各线路时域电流波形；然后导出仿真后的线缆时域电流波形数据；
S6、修改逆变器电机驱动系统的3D空间线缆模型，并重生成新的3D空间等效电路模型；
S7、根据修改后的逆变器电机驱动系统的3D空间线缆模型、新的3D空间等效电路模型，建立场线路协同仿真的电路侧模型；
S8、将步骤S5得到的仿真后的线缆时域电流波形数据作为激励，输入步骤S7建立的场线路协同仿真的电路侧模型，得到空间辐射结果。
2.根据权利要求1所述的一种逆变器电机驱动系统电磁干扰发射的建模仿真方法，其特征在于，步骤S2所述的逆变器电机驱动系统的3D空间线缆模型为根据交流端U相、V相、W相这三相线缆建立的Cable Bundles线缆束模型；
步骤S2所述的3D实体模型至少包括：直流端正极线缆和直流端负极线缆则建立的solid wire model模式的Wires实体模型；Wires实体模型包括：直流正极线缆模型、直流负极线缆模型。
3.根据权利要求2所述的一种逆变器电机驱动系统电磁干扰发射的建模仿真方法，其特征在于，步骤S2所述的3D实体模型还包括：电源、LSIN模型、电机模型；LSIN模型包括正极LSIN模型、负极LSIN模型；
步骤S4所述的逆变器电机驱动系统的电路仿真模型，其电路连接关系为：
电源的正极接直流正极线缆模型的第一端与正极LISN模型的非地端，电源的负极接直流负极线缆模型的第一端和负极LISN模型的非地端，正极LISN模型的接地端和负极LISN模型的接地端都接地；
直流正极线缆模型的第二端接3D实体模型的正极接线端，直流负极线缆模型的第二端接3D实体模型的负极接线端，3D实体模型的正极接线端还接第一对地电容的第一端，第一对地电容的第二端接地，3D实体模型的负极接线端还接第二对地电容第一端，第二对地电容的第二端接地；
3D实体模型的U相线缆端接3D空间等效电路模型的U相线缆输入端，3D实体模型的U相线缆端还接第三对地电容第一端，第三对地电容第二端接地；
3D实体模型的V相线缆端接3D空间等效电路模型的V相线缆输入端，3D实体模型的V相线缆端还接第四对地电容第一端，第四对地电容第二端接地；
3D实体模型的W相线缆端接3D空间等效电路模型的W相线缆输入端，3D实体模型的W相线缆端还接第五对地电容第一端，第五对地电容第二端接地；
3D空间等效电路模型的U相、V相、W相的输出端分别接电机模型的U相、V相、W相的输入端，电机模型的电机绕组中性点接第六对地电容第一端，第六对地电容第二端接地。
4.根据权利要求3所述的一种逆变器电机驱动系统电磁干扰发射的建模仿真方法，其特征在于，所述3D实体模型电路结构包括：第一External Port、第二External Port、第三External Port、第四External Port、第五External Port、第六External Port、U相的上桥臂的功率开关器件模型、V相的上桥臂的功率开关器件模型、W相的上桥臂的功率开关器件模型、U相的下桥臂的功率开关器件模型、V相的下桥臂的功率开关器件模型、W相的下桥臂的功率开关器件模型；所述第一External Port、第二External Port、第三External Port、第四External Port、第五External Port、第六External Port均为Differential状态；
所述3D实体模型电路连接关系为：
U相的上桥臂的功率开关器件模型的电流输入端接3D实体模型的正极接线端，V相的上桥臂的功率开关器件模型的电流输入端接3D实体模型的正极接线端，W相的上桥臂的功率开关器件模型的电流输入端接3D实体模型的正极接线端；
U相的下桥臂的功率开关器件模型的电流输出端接3D实体模型的负极接线端，V相的下桥臂的功率开关器件模型的电流输出端接3D实体模型的负极接线端，W相的下桥臂的功率开关器件模型的电流输出端接3D实体模型的负极接线端；
U相的上桥臂的功率开关器件模型的控制端接第一External Port，V相的上桥臂的功率开关器件模型的控制端接第三External Port，W相的上桥臂的功率开关器件模型的控制端接第五External Port；U相的下桥臂的功率开关器件模型的控制端接第二ExternalPort，V相的下桥臂的功率开关器件模型的控制端接第四External Port，W相的下桥臂的功率开关器件模型的控制端接第六External Port；
U相的上桥臂的功率开关器件模型的电流输出端接U相的下桥臂的功率开关器件模型的电流输入端，V相的上桥臂的功率开关器件模型的电流输出端接V相的下桥臂的功率开关器件模型的电流输入端，W相的上桥臂的功率开关器件模型的电流输出端接W相的下桥臂的功率开关器件模型的电流输入端。
5.根据权利要求4所述的一种逆变器电机驱动系统电磁干扰发射的建模仿真方法，其特征在于，步骤S5通过ASCII Import模式导入步骤S1获取的各功率开关的控制电压时域波形数据作为激励到对应的6个Differential状态的External Port中作为激励。
6.根据权利要求5所述的一种逆变器电机驱动系统电磁干扰发射的建模仿真方法，其特征在于，步骤S6所述的修改逆变器电机驱动系统的3D空间线缆模型，具体为：将solidwire model模式的Wires实体模型修改为Cable Bundles线缆束模型。
7.根据权利要求6所述的一种逆变器电机驱动系统电磁干扰发射的建模仿真方法，其特征在于，步骤S7所述的场线路协同仿真的电路侧模型电路结构包括：第七ExternalPort、第八External Port、第九External Port、第十External Port、第十一ExternalPort；所述第七External Port、第八External Port、第九External Port、第十ExternalPort、第十一External Port均为一般模式；
场线路协同仿真的电路侧模型电路连接关系为：第七External Port接新的3D空间等效电路模型的U相线缆输入端，第八External Port接新的3D空间等效电路模型的V相线缆输入端，第九External Port接新的3D空间等效电路模型的W相线缆输入端，第十ExternalPort接新的3D空间等效电路模型的直流正极线缆输入端，第十一External Port接新的3D空间等效电路模型的直流负极线缆输入端；
新的3D空间等效电路模型的U相线缆输出端接电机模型的U相的输入接线端，新的3D空间等效电路模型的V相线缆输出端接电机模型的V相的输入接线端，新的3D空间等效电路模型的W相线缆输出端接电机模型的W相的输入接线端；
电机模型的电机绕组中性点接第六对地电容第一端，第六对地电容第二端接地；
新的3D空间等效电路模型的直流正极线缆输出端接第一负载电阻第一端，第一负载电阻第二端接地；新的3D空间等效电路模型的直流负极线缆输出端接第二负载电阻第一端，第二负载电阻第二端接地。
8.根据权利要求7所述的一种逆变器电机驱动系统电磁干扰发射的建模仿真方法，其特征在于，步骤S8通过ASCII Import模式导入步骤S5得到的仿真后的线缆时域电流波形数据作为激励到对应的5个一般模式的External Port中作为激励。
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