CN110850213B - 一种滤波电容器的emc寿命评估方法 - Google Patents

一种滤波电容器的emc寿命评估方法 Download PDF

Info

Publication number
CN110850213B
CN110850213B CN201911173554.0A CN201911173554A CN110850213B CN 110850213 B CN110850213 B CN 110850213B CN 201911173554 A CN201911173554 A CN 201911173554A CN 110850213 B CN110850213 B CN 110850213B
Authority
CN
China
Prior art keywords
filter capacitor
impedance
phase
filter
emc
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.)
Active
Application number
CN201911173554.0A
Other languages
English (en)
Other versions
CN110850213A (zh
Inventor
葛召华
杨四海
周斌
陈玉
韩利超
徐骄阳
姜陈
吴斌
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
China Railway Shanghai Group Co Ltd
Original Assignee
China Railway Shanghai Group Co Ltd
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by China Railway Shanghai Group Co Ltd filed Critical China Railway Shanghai Group Co Ltd
Priority to CN201911173554.0A priority Critical patent/CN110850213B/zh
Publication of CN110850213A publication Critical patent/CN110850213A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN110850213B publication Critical patent/CN110850213B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

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
    • G01R31/003—Environmental or reliability tests

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Testing Electric Properties And Detecting Electric Faults (AREA)

Abstract

本发明公开了一种滤波电容器的EMC寿命评估方法，具体步骤为：采集待检测滤波电容器的特性参数，根据特性参数建立滤波电路高频等效电路模型；根据滤波电容器高频等效电路模型，建立高速动车组辅助变流系统的滤波器电路模型；采集待检测寿命滤波电容器所在高速动车组的参数，并利用参数计算滤波电路高频等效电路模型两端的源阻抗和负载阻抗；将源阻抗、负载阻抗和特性参数中阻抗频率响应输入滤波器电路模型，获取滤波电容器EMC性能失效阈值；根据滤波电容器的EMC性能失效阈值，获取滤波电容器的预估寿命期限。本发明通过对滤波电容器的老化特性参数进行分析，实现了对滤波电容器EMC寿命的精准预测。

Description

一种滤波电容器的EMC寿命评估方法
技术领域
本发明属于滤波电容器寿命预测领域，具体涉及一种滤波电容器的EMC寿命评估方法。
背景技术
高速动车组列车的电源EMI滤波器因长时间工作导致元器件老化，使得元器件寄生参数发生变化，导致滤波器性能降低并影响整个系统的电磁兼容性。电容元件为电源滤波器的关键器件，尤其铝电解电容更是具有广阔的应用场景。铝电解电容长时间工作会使得电解质缓慢挥发而减少，电解液粘稠度增加，氧化膜增厚，反映为电容器等效串联电阻(ESR)增加，容值C减少。ESR增加导致电容热损耗增加，工作温度上升，进一步加剧了电容老化。同时，电容元件并联于线路和地平面，接地端老化同样会危害到滤波器的工作性能。近几年来，国内外研究机构对电子产品的电磁兼容性寿命予以了更多关注。目前对于电子设备的全寿命周期研究中重要的一环就是电磁兼容性寿命研究。电源滤波器对于动车组辅助变流系统有着关键作用，其电磁兼容性寿命需要给予更多关注，然而我国的电磁兼容研究起步较晚，对于电磁兼容性的寿命研究还不够完善，难以满足对电源EMI滤波器的电磁兼容性寿命预测分析的需求，目前对电容滤波器的EMC寿命预测的准确度不够。
发明内容
针对现有技术中的上述不足，本发明提供的一种滤波电容器的EMC寿命评估方法解决了现有技术不能准确预测电容滤波器的EMC寿命的问题。
为了达到上述发明目的，本发明采用的技术方案为：一种滤波电容器的EMC寿命评估方法，包括以下步骤：
S1、采集待检测滤波电容器的特性参数，根据特性参数建立滤波电路高频等效电路模型；
S2、根据滤波电容器高频等效电路模型，建立高速动车组辅助变流系统的滤波器电路模型；
S3、采集待检测寿命滤波电容器所在系统的参数，并利用参数计算滤波电路高频等效电路模型两端的源阻抗和负载阻抗；
S4、将源阻抗、负载阻抗和特性参数中阻抗频率响应输入滤波器电路模型，获取滤波电容器EMC性能失效阈值；
S5、根据滤波电容器的EMC性能失效阈值，获取滤波电容器的预估寿命期限。
进一步地，所述步骤S1中特性参数包括滤波电容器的等效串联电阻ESRt、等效电容、接地电阻和阻抗频率响应。
进一步地，所述步骤S2中高速动车组辅助变流系统的滤波器电路模型包括依次连接的源阻抗ZS、滤波电路高频等效电路模型和负载阻抗ZL；所述源阻抗ZS和滤波电路高频等效电路模型通过相线和地线连接。
进一步地，所述步骤S3中源阻抗ZS和负载阻抗ZL为：
Figure BDA0002289378540000021
Figure BDA0002289378540000022
其中，U为变压器输出电压，P为变压器输出功率，Un为电动机额定电压，In为电动机额定电流，K为堵转电流倍数。
进一步地，所述步骤S4中获取滤波电容器EMC性能失效阈值前先将三相电路等效为单相电路，等效的具体方法为：
A1、取三相电路的中性点O为电位参考点，得到节点电压为：
Figure BDA0002289378540000031
A2、将三相电路的中线短路，得到三个单独的回路，获取A相线电流
Figure BDA0002289378540000032
和负载相电压
Figure BDA0002289378540000033
为：
Figure BDA0002289378540000034
Figure BDA0002289378540000035
A3、根据A相线电流和负载相电压，得到B相和C相的线电流和负载相电压分别为：
Figure BDA0002289378540000036
其中，
Figure BDA0002289378540000037
表示B相的线电流，
Figure BDA0002289378540000038
表示B相的负载相电压，
Figure BDA0002289378540000039
表示C相的线电流，
Figure BDA00022893785400000310
表示C相的负载相电压，Z0表示中线等效阻抗，ZX表示三相电路的等效阻抗，Z表示负载等效阻抗，
Figure BDA00022893785400000311
表示中线的节点电压，
Figure BDA00022893785400000312
和
Figure BDA00022893785400000313
分别表示A相、B相和C相的电压数。
进一步地，所述步骤S4中特性参数中阻抗频率响应通过阻抗分析仪检测获取。
进一步地，所述步骤S4包括以下分步骤：
S4.1、将源阻抗、负载阻抗和特性参数中阻抗频率响应输入滤波器电路模型；
S4.2、根据阻抗频率响应，获取滤波电容器全新时的容值C0和等效串联电阻ESR0为：
Figure BDA0002289378540000041
Figure BDA0002289378540000042
S4.3、根据待检测滤波电容器的工作指标，获取滤波电容器EMC寿命阈值时的截止频率点的插入损耗；
S4.4、根据截止频率点的插入损耗通过ADS软件进行仿真，得到滤波电容器EMC寿命阈值时的容值C'和串联电阻ESR'；
其中，n为阻抗频率响应测试结果的取样个数，Ci为电容频率响应取样值，Xi为串联电阻频率响应取样值。
进一步地，所述步骤S5中根据滤波电容器的EMC性能失效阈值，获取滤波电容器的预估寿命期限的公式为：
Figure BDA0002289378540000043
其中，C0和ESR0表示全新时滤波电容的容值和串联电阻，C'和ESR'表示滤波电容器EMC寿命阈值时的容值和串联电阻，Ct和ESRt表示待检测滤波电容器的容值和等效串联电阻。
本发明的有益效果为：
(1)本发明将三相电路等效为单相电路结构，简化了后续的仿真和计算。
(2)本发明在滤波电容器老化特性分析的基础上，运用高频等效电路建模的方法建立滤波电容器的电磁兼容模型，考虑滤波电容器老化对滤波电容器电磁兼容性寿命的影响，从而实现对滤波电容器EMC寿命的精准预测。
附图说明
图1为本发明提出的一种滤波电容器的EMC寿命评估方法流程图。
图2为本发明提出的高速动车组辅助变流系统的滤波器电路模型示意图。
具体实施方式
下面对本发明的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。
下面结合附图详细说明本发明的实施例。
如图1所示，一种滤波电容器的EMC寿命评估方法，包括以下步骤：
S1、采集待检测滤波电容器的特性参数，根据特性参数建立滤波电路高频等效电路模型；
S2、根据滤波电容器高频等效电路模型，建立高速动车组辅助变流系统的滤波器电路模型；
S3、采集待检测寿命滤波电容器所在系统的参数，并利用参数计算滤波电路高频等效电路模型两端的源阻抗和负载阻抗；
S4、将源阻抗、负载阻抗和特性参数中阻抗频率响应输入滤波器电路模型，获取滤波电容器EMC性能失效阈值；
S5、根据滤波电容器的EMC性能失效阈值，获取滤波电容器的预估寿命期限。
在本实施例中，待预测寿命的滤波电容器所在系统为高速动车组列车。
所述步骤S1中特性参数包括滤波电容器的等效串联电阻ESRt、等效电容、接地电阻和阻抗频率响应。
所述步骤S2中高速动车组辅助变流系统的滤波器电路模型包括依次连接的源阻抗ZS、滤波电路高频等效电路模型和负载阻抗ZL；所述源阻抗ZS和滤波电路高频等效电路模型通过相线和地线连接。
所述步骤S3中源阻抗ZS和负载阻抗ZL为：
Figure BDA0002289378540000061
Figure BDA0002289378540000062
其中，U为变压器输出电压，P为变压器输出功率，Un为电动机额定电压，In为电动机额定电流，K为堵转电流倍数。
所述步骤S4中获取滤波电容器EMC性能失效阈值前先将三相电路等效为单相电路，等效的具体方法为：
A1、取三相电路的中性点O为电位参考点，得到节点电压为：
Figure BDA0002289378540000063
A2、将三相电路的中线短路，得到三个单独的回路，获取A相线电流
Figure BDA0002289378540000064
和负载相电压
Figure BDA0002289378540000065
为：
Figure BDA0002289378540000066
A3、根据A相线电流和负载相电压，得到B相和C相的线电流和负载相电压分别为：
Figure BDA0002289378540000067
其中，
Figure BDA0002289378540000068
表示B相的线电流，
Figure BDA0002289378540000069
表示B相的负载相电压，
Figure BDA00022893785400000610
表示C相的线电流，
Figure BDA0002289378540000071
表示C相的负载相电压，Z0表示中线等效阻抗，ZX表示三相电路的等效阻抗，Z表示负载等效阻抗，
Figure BDA0002289378540000072
表示中线的节点电压，
Figure BDA0002289378540000073
和
Figure BDA0002289378540000074
分别表示A相、B相和C相的电压数。
所述步骤S4中特性参数中阻抗频率响应通过阻抗分析仪检测获取。
所述步骤S4包括以下分步骤：
S4.1、将源阻抗、负载阻抗和特性参数中阻抗频率响应输入滤波器电路模型；
S4.2、根据阻抗频率响应，获取滤波电容器全新时的容值C0和等效串联电阻ESR0为：
Figure BDA0002289378540000075
Figure BDA0002289378540000076
S4.3、根据待检测滤波电容器的工作指标，获取滤波电容器EMC寿命阈值时的截止频率点的插入损耗；
S4.4、根据截止频率点的插入损耗通过ADS软件进行仿真，得到滤波电容器EMC寿命阈值时的容值C'和串联电阻ESR'；
其中，n为阻抗频率响应测试结果的取样个数，Ci为电容频率响应取样值，Xi为串联电阻频率响应取样值。
所述步骤S5中根据滤波电容器的EMC性能失效阈值，获取滤波电容器的预估寿命期限的公式为：
Figure BDA0002289378540000077
其中，C0和ESR0表示全新时滤波电容的容值和串联电阻，C'和ESR'表示滤波电容器EMC寿命阈值时的容值和串联电阻，Ct和ESRt表示待检测滤波电容器的容值和等效串联电阻。
本发明将三相电路等效为单相电路结构，简化了后续的仿真和计算。本发明在滤波电容器老化特性分析的基础上，运用高频等效电路建模的方法建立滤波电容器的电磁兼容模型，考虑滤波电容器老化对滤波电容器电磁兼容性寿命的影响，从而实现对滤波电容器EMC寿命的精准预测。

Claims (5)

1.一种滤波电容器的EMC寿命评估方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、采集待检测滤波电容器的特性参数，根据特性参数建立滤波电路高频等效电路模型；
S2、根据滤波电路高频等效电路模型，建立高速动车组辅助变流系统的滤波器电路模型；
S3、采集待检测寿命滤波电容器所在系统的参数，并利用参数计算滤波电路高频等效电路模型两端的源阻抗和负载阻抗；
S4、将源阻抗、负载阻抗和特性参数中阻抗频率响应输入滤波器电路模型，获取滤波电容器EMC性能失效阈值；
S5、根据滤波电容器的EMC性能失效阈值，获取滤波电容器的预估寿命期限；
所述步骤S1中特性参数包括滤波电容器的等效串联电阻ESRt、等效电容、接地电阻和阻抗频率响应；
所述步骤S2中高速动车组辅助变流系统的滤波器电路模型包括依次连接的源阻抗ZS、滤波电路高频等效电路模型和负载阻抗ZL；所述源阻抗ZS和滤波电路高频等效电路模型通过相线和地线连接；
所述步骤S4包括以下分步骤：
S4.1、将源阻抗、负载阻抗和特性参数中阻抗频率响应输入滤波器电路模型；
S4.2、根据阻抗频率响应，获取滤波电容器全新时的容值C0和等效串联电阻ESR0为：
Figure FDA0003153812840000021
Figure FDA0003153812840000022
S4.3、根据待检测滤波电容器的工作指标，获取滤波电容器EMC寿命阈值时的截止频率点的插入损耗；
S4.4、根据截止频率点的插入损耗通过ADS软件进行仿真，得到滤波电容器EMC寿命阈值时的容值C'和等效串联电阻ESR'；
其中，n为阻抗频率响应测试结果的取样个数，Ci为电容频率响应取样值，Xi为等效串联电阻频率响应取样值。
2.根据权利要求1所述的滤波电容器的EMC寿命评估方法，其特征在于，所述步骤S3中源阻抗ZS和负载阻抗ZL为：
Figure FDA0003153812840000023
Figure FDA0003153812840000024
其中，U为变压器输出电压，P为变压器输出功率，Un为电动机额定电压，In为电动机额定电流，K为堵转电流倍数。
3.根据权利要求2所述的滤波电容器的EMC寿命评估方法，其特征在于，所述步骤S4中获取滤波电容器EMC性能失效阈值前先将三相电路等效为单相电路，等效的具体方法为：
A1、取三相电路的中性点O为电位参考点，得到节点电压为：
Figure FDA0003153812840000025
A2、将三相电路的中线短路，得到三个单独的回路，获取A相线电流
Figure FDA0003153812840000031
和负载相电压
Figure FDA0003153812840000032
为：
Figure FDA0003153812840000033
Figure FDA0003153812840000034
A3、根据A相线电流和负载相电压，得到B相和C相的线电流和负载相电压分别为：
Figure FDA0003153812840000035
其中，
Figure FDA0003153812840000036
表示B相的线电流，
Figure FDA0003153812840000037
表示B相的负载相电压，
Figure FDA0003153812840000038
表示C相的线电流，
Figure FDA0003153812840000039
表示C相的负载相电压，Z0表示中线等效阻抗，ZX表示三相电路的等效阻抗，Z表示负载等效阻抗，
Figure FDA00031538128400000310
表示中线的节点电压，
Figure FDA00031538128400000311
和
Figure FDA00031538128400000312
分别表示A相、B相和C相的电压数。
4.根据权利要求1所述的滤波电容器的EMC寿命评估方法，其特征在于，所述步骤S4中特性参数中阻抗频率响应通过阻抗分析仪检测获取。
5.根据权利要求1所述的滤波电容器的EMC寿命评估方法，其特征在于，所述步骤S5中根据滤波电容器的EMC性能失效阈值，获取滤波电容器的预估寿命期限的公式为：
Figure FDA00031538128400000313
其中，C0和ESR0表示全新时滤波电容的容值和等效串联电阻，C'和ESR'表示滤波电容器EMC寿命阈值时的容值和等效串联电阻，Ct和ESRt表示待检测滤波电容器的容值和等效串联电阻。
CN201911173554.0A 2019-11-26 2019-11-26 一种滤波电容器的emc寿命评估方法 Active CN110850213B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201911173554.0A CN110850213B (zh) 2019-11-26 2019-11-26 一种滤波电容器的emc寿命评估方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201911173554.0A CN110850213B (zh) 2019-11-26 2019-11-26 一种滤波电容器的emc寿命评估方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN110850213A CN110850213A (zh) 2020-02-28
CN110850213B true CN110850213B (zh) 2021-09-28

Family

ID=69604994

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201911173554.0A Active CN110850213B (zh) 2019-11-26 2019-11-26 一种滤波电容器的emc寿命评估方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN110850213B (zh)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111353265B (zh) * 2020-03-30 2023-12-29 中车株洲电力机车研究所有限公司 基于Matlab GUI平台的EMI滤波器插损仿真系统及方法
CN112180179B (zh) * 2020-10-10 2022-10-28 中车青岛四方机车车辆股份有限公司 一种电磁兼容分析方法及装置
CN113162042B (zh) * 2021-05-08 2022-09-09 重庆大学 一种基于频带能量的mmc系统中mppf电容器失效评估方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101629980A (zh) * 2009-09-10 2010-01-20 南京师范大学 基于散射参数的emi滤波器性能测试方法
JP2012044812A (ja) * 2010-08-20 2012-03-01 Fuji Electric Co Ltd ノイズフィルタ及びこれを使用したｅｍｃフィルタ
CN106126876A (zh) * 2016-06-13 2016-11-16 武汉大学 一种基于纹波分析的电解电容寿命计算方法
CN110196999A (zh) * 2019-04-30 2019-09-03 北京理工大学 一种新能源汽车无线充电系统电磁干扰发射电路模型的建模方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101629980A (zh) * 2009-09-10 2010-01-20 南京师范大学 基于散射参数的emi滤波器性能测试方法
JP2012044812A (ja) * 2010-08-20 2012-03-01 Fuji Electric Co Ltd ノイズフィルタ及びこれを使用したｅｍｃフィルタ
CN106126876A (zh) * 2016-06-13 2016-11-16 武汉大学 一种基于纹波分析的电解电容寿命计算方法
CN110196999A (zh) * 2019-04-30 2019-09-03 北京理工大学 一种新能源汽车无线充电系统电磁干扰发射电路模型的建模方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
一种调整共模噪声源阻抗并优化EMI滤波器性能的方法;王培康 等;《中国电机工程学报》;20140225;第34卷(第6期);993-1000 *
电动汽车电机驱动系统EMC研究综述;郑 玲 等;《汽车工程学报》;20140930;第4卷(第5期);319-327 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN110850213A (zh) 2020-02-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN110850213B (zh) 一种滤波电容器的emc寿命评估方法
KR101171584B1 (ko) 전력변환기에 대한 직류링크 커패시터의 고장진단을 위한 간단한 용량 추정 시스템
CN108680813B (zh) 一种电磁干扰建模仿真方法及装置
CN109459618B (zh) 电动汽车电驱动系统直流母线电容的准在线容值检测方法
CN109613365B (zh) 一种电解电容器状态在线评估方法和系统
CN107621595A (zh) 一种电力电缆的绝缘状态评估装置及方法
CN112966408B (zh) 预测多合一电驱系统高压传导发射电磁干扰风险的方法
KR20110133513A (ko) 펄스폭변조 전력 컨버터에서 직류 링크 커패시터의 개선된 온라인 고장 진단 시스템
CN111521904A (zh) 基于电流谐波量的直流配电线路双端故障测距方法
CN111487514B (zh) 一种igbt动态参数测试电路杂散电容提取方法及系统
CN106526382A (zh) 基于残压监测的避雷器状态监测系统及方法
CN110826255B (zh) 一种电力装备中绕组线圈部件的建模方法
Saied Capacitor switching transients: analysis and proposed technique for identifying capacitor size and location
CN113496096B (zh) 避雷器暂态电压获取方法、装置、计算机设备和存储介质
CN113281605B (zh) 交流滤波器用避雷器老化试验的冲击电流计算方法
CN116008687A (zh) 一种h-moa老化特性的试验方法
CN109375077B (zh) 一种电气设备绝缘参数速测装置与方法
CN110083992B (zh) 一种基于多新息递推最小二乘的Boost变换器故障诊断方法
Liu et al. Characterizing EMI-filters’ deviations caused by the capacitors ageing based on complex impedance analysis
CN111308366A (zh) 一种蓄电池组多参数的监控系统及其使用方法
CN102621389B (zh) 平行输电线路的耦合电容的测试方法
CN113376548A (zh) 一种基于电缆老化特征提取的电缆状态监测方法及装置
Luszcz et al. AC motor windings circuit model for common mode EMI currents analysis
JP2003222651A (ja) 電気機器の絶縁劣化判定方法
CN220419450U (zh) 一种提高电容器寄生电感测量准度的电路装置

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