CN209267445U - 一种用于轨道机车的可变抑制频带三相emi滤波器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种用于轨道机车的可变抑制频带三相EMI滤波器，包括接入设备的四条输入线，分别为：U线、V线、W线及PE线，U线上设有差模电感L_dm1，V线上设有差模电感L_dm2，W线上设有差模电感L_dm3，U线、V线、W线之间连接有三绕组共模扼流圈电感L_cm；在共模扼流圈电感L_cm三个输出端之间分别接入多组差模电容组，每组差模电容组包括三个差模电容和三个差模电容开关，在共模扼流圈电感L_cm的三个输出端与PE线之间分别接入多组共模电容组，每组共模电容组包括三个共模电容和一个共模电容开关；每组差模电容组合一组共模电容组一一对应构成了一组开关电容组。解决了原有的EMI滤波器在轨道机车滤波场合频带固定、不可调节的问题。

Description

一种用于轨道机车的可变抑制频带三相EMI滤波器

技术领域

本实用新型属于轨道交通电磁兼容技术领域，涉及一种用于轨道机车的可变抑制频带三相EMI滤波器。

背景技术

目前，随着轨道机车牵引变流器的发展，牵引变流器产生的传导电磁干扰(EMI)问题日趋严重。最常用和最有效的方法依然是在系统中加入EMI滤波器。伴随着设备运行环境的改变及设备随运行时间的老化，轨道机车牵引变流器产生的电磁干扰频谱就会发生变化，现有的EMI滤波器对于这种变化束手无策，设备会因电磁干扰变大对轨道机车本身，及对外部设备产生电磁干扰影响。在轨道机车系统中，牵引变流器的输出端和三相异步电机之间的三相电缆线上存在这种变化的传到电磁干扰，用于解决这个变化的电磁干扰的滤波技术还没有。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种用于轨道机车的可变抑制频带三相EMI滤波器，解决了原有的EMI滤波器在轨道机车滤波场合频带固定、不可调节的问题。

本实用新型所采用的技术方案是，一种用于轨道机车的可变抑制频带三相EMI滤波器，包括接入设备的四条输入线，分别为：U线、V线、W线及PE线，U线上设有差模电感L_dm1，V线上设有差模电感L_dm2，W线上设有差模电感L_dm3，U线、V线、W线之间连接有三绕组共模扼流圈电感L_cm；

在共模扼流圈电感L_cm三个输出端之间分别接入多组差模电容组，每组差模电容组包括三个差模电容和三个差模电容开关，在共模扼流圈电感L_cm的三个输出端与PE线之间分别接入多组共模电容组，每组共模电容组包括三个共模电容和一个共模电容开关；每组差模电容组合一组共模电容组一一对应构成了一组开关电容组。

本实用新型的特点还在于，

开关电容组设有三组，分别开关电容组一、开关电容组二及开关电容组三；

开关电容组一中，U线通过差模电容C_dm12及差模电容开关S_d12与V线连接,U线通过差模电容C_dm13及差模电容开关S_d13与W线连接,V线通过差模电容C_dm11及差模电容开关S_d11与W线连接；PE线与共模电容开关S_c1连接，共模电容开关S_c1另一端分别连接有共模电容C_cm11、共模电容C_cm12和共模电容C_cm13，共模电容C_cm11另一端接入W线，共模电容C_cm12另一端接入V线，共模电容C_cm13另一端接入U线；

开关电容组二中，U线通过差模电容C_dm22及差模电容开关S_d22与V线连接,U线通过差模电容C_dm23及差模电容开关S_d23与W线连接,V线通过差模电容C_dm21及差模电容开关S_d21与W线连接；PE线与共模电容开关S_c2连接，共模电容开关S_c2另一端同时连接有共模电容C_cm21、共模电容C_cm22和共模电容C_cm23，共模电容C_cm21另一端接入W线，共模电容C_cm22另一端接入V线，共模电容C_cm23另一端接入U线；

开关电容组三中，U线通过差模电容C_dm32及差模电容开关S_d32与V线连接,U线通过差模电容C_dm33及差模电容开关S_d33与W线连接,V线通过差模电容C_dm31及差模电容开关S_d31与W线连接；PE线与共模电容开关S_c3连接，共模电容开关S_c3另一端同时连接有共模电容C_cm31、共模电容C_cm32和共模电容C_cm33，共模电容C_cm31另一端接入W线，共模电容C_cm32另一端接入V线，共模电容C_cm33另一端接入U线。

开关电容组一中，由共模电容开关S_c1控制接入电路中的有共模电容C_cm11、共模电容C_cm12和共模电容C_cm13；共模电容C_cm11、共模电容C_cm12和共模电容C_cm13均选取耐压为4000V，容值为2935pF的薄膜电容。

开关电容组二中，由共模电容开关S_c2控制接入电路中的有共模电容C_cm21、共模电容C_cm22和共模电容C_cm23，共模电容C_cm21、共模电容C_cm22和共模电容C_cm23均选取耐压为4000V，容值为436pF的薄膜电容。

开关电容组三中，由共模电容开关S_c3控制接入电路中的有共模电容C_cm31、共模电容C_cm32和共模电容C_cm33，共模电容C_cm31、共模电容C_cm32和共模电容C_cm33均选取耐压为4000V，容值为5pF的薄膜电容。

本实用新型的有益效果是，该用于轨道机车的可变抑制频带三相EMI滤波器能够解决轨道机车中牵引变流器的电磁干扰变化的问题，能够解决设备因运行环境的改变及随运行时间的老化，其电磁干扰频带就会发生变化的问题，该方案通过改变滤波器的电容容值从而进一步改变滤波器的可抑制频带范围，使其在9k-30MHz频率范围内实现可变抑制频带，突破了传统的EMI滤波器滤波频带固定、不可改变的限制。该用于轨道机车的可变抑制频带EMI滤波器，针对设备运行环境的改变及器件随运行时间的老化所发生的干扰频率变化问题，可以实现对滤波频带的有级改变，不仅可以满足设备要求的电磁干扰指标，还能保证滤波器的滤波效果。

附图说明

图1本实用新型一种用于轨道机车的可变抑制频带三相EMI滤波器的电路拓扑图；

图2本实用新型一种用于轨道机车的可变抑制频带三相EMI滤波器的共模等效电路图；

图3本实用新型一种用于轨道机车的可变抑制频带三相EMI滤波器的差模等效电路图；

图4本实用新型一种用于轨道机车的可变抑制频带三相EMI滤波器在轨道机车中的加装位置图。

图中，1.U线，2.V线，3.W线，4.PE线，5.差模电感L_dm1，6.差模电感L_dm2，7.差模电感L_dm3，8.三绕组共模扼流圈L_cm，9.差模电容C_dm12，10.差模电容开关S_d12，11.差模电容C_dm13，12.差模电容C_dm11，13.差模电容开关S_d11，14.差模电容开关S_d13，15.共模电容C_cm11，16.共模电容C_cm12，17.共模电容C_cm13，18.共模电容开关S_c1，19.差模电容C_dm22，20.差模电容开关S_d22，21.差模电容C_dm23,22.差模电容C_dm21，23.差模电容开关S_d21，24.差模电容开关S_d23，25.共模电容C_cm21，26.共模电容C_cm22，27.共模电容C_cm23，28.共模电容开关S_c2，29.差模电容C_dm32，30.差模电容开关S_d32，31.差模电容C_dm33，32.差模电容C_dm31，33.差模电容开关S_d31，34.差模电容开关S_d33，35.共模电容C_cm31，36.共模电容C_cm32，37.共模电容C_cm33，38.共模电容开关S_c3，39.开关电容组一，40.开关电容组二，41.开关电容组三，42.交流接触网，43.受电弓，44.变压器，45.牵引变流器，46.三相异步电机。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型进行详细说明。

本实用新型一种用于轨道机车的可变抑制频带三相EMI滤波器，包括差模电感、共模扼流圈、以及用开关选择器控制的不同电容值的电容组。该滤波器的抑制频带是由截止频率来划分。截止频率是滤波器中导通频带和截止频带的交点，截止频率是由滤波器中的共模电感L_cm、差模电感L_dm以及电容C_eq共同决定的，由可以计算滤波器的等效截止频率，滤波器中，L串联在电路中，作用是通过串联一个高阻抗，阻断骚扰信号的流通，从而减少负载中的骚扰电压；C并联在电路中，作用是通过并联一个低阻抗的通路，使得骚扰电流分流，从而减少负载上的骚扰电流。不同大小的电感电容会产生谐振作用，其中电容值的变化会直接影响到谐振频率，从而影响滤波器的截止频率。因此，本实用新型的滤波器只考虑改变电容的方式来控制滤波器截止频率的变化。本实用新型采取固定电感值的方式，改变电容值，从而实现不同抑制频带调节。在本滤波器拓扑结构中，采用共模扼流圈和差模电感，从而使电感值固定，其中电容值的改变使用开关选择器来选择连入电路的电容，每一组包括四个开关选择器，分别用来控制接入电路中的差模电容和共模电容。通过选择连入电路中的电容组数，来改变等效电容值的大小，实现对不同的抑制频带调节。本实用新型一种用于轨道机车的可变抑制频带三相EMI滤波器的拓扑结构如图1所示，U线1、V线2、W线3及PE线4分别为接入设备的四条输入线，U线1和V线2和W线3上分别设置有差模电感L_dm15、差模电感L_dm26和差模电感L_dm37，U线1、V线2和W线3之间连接有三绕组共模扼流圈电感L_cm8，

差模电感L_dm15、差模电感L_dm26和差模电感L_dm37以及三绕组共模扼流圈L8的感值保持不变。

在滤波器的参数设计中，共模电感选取了选取电感值为4μH的共模扼流圈电感L_cm8，差模电感选取三个11.25μH的电感，在共模扼流圈电感L_cm8三个输出端之间分别接入多组差模电容组，每组差模电容组包括三个差模电容和三个差模电容开关，在共模扼流圈电感L_cm的三个输出端与PE线4之间分别接入多组共模电容组，每组共模电容组包括三个共模电容和一个共模电容开关；每组差模电容组合一组共模电容组一一对应构成了一组开关电容组。

其中的开关电容组一9中，U线1通过差模电容C_dm129及差模电容开关S_d1210与V线2连接,U线1通过差模电容C_dm1311及差模电容开关S_d1314与W线3连接,V线2通过差模电容C_dm1112及差模电容开关S_d1113与W线3连接；PE线4与共模电容开关S_c118连接，共模电容开关S_c118另一端同时连接有共模电容C_cm1115(W线对地共模电容)、共模电容C_cm1216(V线对地共模电容)和共模电容C_cm1317(U线对地共模电容)，共模电容C_cm1115另一端接入W线3，共模电容C_cm1216另一端接入V线2，共模电容C_cm1317另一端接入U线1；

同样的结构，开关电容组二40中，U线1通过差模电容C_dm2219及差模电容开关S_d2220与V线2连接,U线1通过差模电容C_dm2321及差模电容开关S_d2324与W线3连接,V线2通过差模电容C_dm2122及差模电容开关S_d2123与W线3连接；PE线4与共模电容开关S_c228连接，共模电容开关S_c228另一端同时连接有共模电容C_cm2125(W线对地共模电容)、共模电容C_cm2226(V线对地共模电容)和共模电容C_cm2327(U线对地共模电容)，共模电容C_cm2125另一端接入W线3，共模电容C_cm2226另一端接入V线2，共模电容C_cm2327另一端接入U线1；

同样的结构，开关电容组三41中，U线1通过差模电容C_dm3229及差模电容开关S_d3230与V线2连接,U线1通过差模电容C_dm3331及差模电容开关S_d3334与W线3连接,V线2通过差模电容C_dm3132及差模电容开关S_d3133与W线3连接；PE线4与共模电容开关S_c338连接，共模电容开关S_c338另一端同时连接有共模电容C_cm3135(W线对地共模电容)、共模电容C_cm3236(V线对地共模电容)和共模电容C_cm3337(U线对地共模电容)，共模电容C_cm3135另一端接入W线3，共模电容C_cm3236另一端接入V线2，共模电容C_cm3337另一端接入U线1；

根据图1的EMI滤波器电路拓扑图可以等效出如图2的可变抑制频带三相EMI滤波器的共模等效电路图，共模扼流圈电感L_cm8接入U线1、V线2和W线3之间，连接电路中的电容总体分为3组，开关电容组一39中由共模电容开关S_c118控制接入电路中的有共模电容C_cm1115(W线对地共模电容)和共模电容C_cm1216(V线对地共模电容)和共模电容C_cm1317(U线对地共模电容)；共模电容C_cm1115、共模电容C_cm1216和共模电容C_cm1317在滤波器参数选择中我们选取耐压为4000V，容值为2935pF的薄膜电容；滤波器的开关电容组二40由共模电容开关S_c228控制接入电路中的有共模电容C_cm2125(W线对地共模电容)、共模电容C_cm2226(V线对地共模电容)和共模电容C_cm2327(U线对地共模电容)，共模电容C_cm2125、C_cm2226和C_cm2327在滤波器参数选择中选取耐压为4000V，容值为436pF的薄膜电容；滤波器的开关电容组三41由共模电容开关S_c338控制接入电路中的有共模电容C_cm3135(W线对地共模电容)、共模电容C_cm3236(V线对地共模电容)和共模电容C_cm3337(U线对地共模电容)，共模电容C_cm3135、C_cm3236和C_cm3337在滤波器参数选择中选取耐压为4000V，容值为5pF的薄膜电容。根据接入电路中的电容组数不同，分成了以下几种情况：

第一级状态，接入电路中的等效电容值C为10128pF，滤波器截止频率为790kHz，滤波器通带为9kHz—790kHz，阻带为790kHz—30MHz；第二级状态，接入电路中的等效电容值为10113PF，滤波器截止频率为791kHz，滤波器通带为9kHz—791kHz，阻带为791kHz—30MHz；第三级状态，接入电路中的等效电容值为8820pF，滤波器截止频率为847kHz，滤波器通带为9kHz—847kHz，阻带为847kHz—30MHz；第四级状态，接入电路中的等效电容值为8805pF，滤波器截止频率为848kHz，滤波器通带为9kHz—848kHz，阻带为848kHz—30MHz；第五级状态，接入电路中的等效电容值为1323pF，滤波器截止频率为2.19MHz，滤波器通带为9kHz—2.19MHz，阻带2.19MHz—30MHz；第六级状态，接入电路中的等效电容值为1308pF,滤波器的截止频率为2.2MHz,滤波器通带为9kHz—2.2MHz，阻带为2.2MHz—30MHz；第七级状态，接入电路中的等效电容值为15pF,滤波器的截止频率为20MHz,滤波器通带为9kHz—20MHz，阻带为20MHz—30MHz具体的七种级数情况见下表1所示。

表1共模等效情况下不同级数的滤波器频带

本实用新型的共模等效状态只以3组电容7个级数为例进行计算，同时也适用于开关数为n组的情况。

根据图1的EMI滤波器电路拓扑图可以等效出如图3的可变抑制频带三相EMI滤波器的差模等效电路图，差模电感L_dm15、差模电感L_dm26和差模电感L_dm37分别为U线1、V线2和W线3的差模电感图，连入电路中的电容总体分为三组。开关电容组一电容39中由差模电容开关S_d110控制接入电路中的差模电容C_dm129，差模电容开关S_d1113控制接入电路中的差模电容C_dm1112，差模电容开关S_d1314控制接入电路中的差模电容C_dm1311，差模电容C_dm129在滤波器参数选择中选取耐压为4000V，容值为1567pF的薄膜电容，差模电容C_dm1311在滤波器参数选择中选取耐压为4000V，容值为1567pF的薄膜电容，差模电容C_dm1112在滤波器参数选择中选取耐压为4000V，容值为1567pF的薄膜电容；开关电容组二电容40由差模电容开关S_d2220控制接入电路中的差模电容C_dm2219，差模电容开关S_d2123控制接入电路中的差模电容C_dm2122，差模电容开关S_d2324控制接入电路中的差模电容C_dm2321，差模电容C_dm2219在滤波器参数选择中选取耐压为4000V，容值为500pF的薄膜电容，差模电容C_dm2321在滤波器参数选择中选取耐压为4000V，容值为500pF的薄膜电容，差模电容C_dm2122在滤波器参数选择中选取耐压为4000V，容值为500pF的薄膜电容；开关电容组三电容41由差模电容开关S_d3230控制接入电路中的差模电容C_dm3229，差模电容开关S_d3133控制接入电路中的差模电容C_dm3132，差模电容开关S_d3334控制接入电路中的差模电容C_dm3331，差模电容C_dm3229在滤波器参数选择中选取耐压为4000V，容值为1pF的薄膜电容，差模电容C_dm3331在滤波器参数选择中选取耐压为4000V，容值为1pF的薄膜电容，差模电容C_dm3132在滤波器参数选择中选取耐压为4000V，容值为1pF的薄膜电容。根据接入电路中的电容组数不同，分成了以下几种情况：

第一级状态，接入电路中的等效电容值C为6204pF，滤波器截止频率为425kHz，滤波器通带为9kHz—425kHz，阻带为425kHz—30MHz；第二级状态，接入电路中的等效电容值为6201PF，滤波器截止频率为426kHz，滤波器通带为9kHz—426kHz，阻带为426kHz—30MHz；第三级状态，接入电路中的等效电容值为4704pF，滤波器截止频率为489kHz，滤波器通带为9kHz—489kHz，阻带为489kHz—30MHz；第四级状态，接入电路中的等效电容值为4701pF，滤波器截止频率为490kHz，滤波器通带为9kHz—490kHz，阻带为490kHz—30MHz；第五级状态，接入电路中的等效电容值为1503pF，滤波器截止频率为865kHz，滤波器通带为9kHz—865kHz，阻带865kHz—30MHz；第六级状态，接入电路中的等效电容值为1500pF,滤波器的截止频率为866kHz,滤波器通带为9kHz—866kHz，阻带为866kHz—30MHz；第七级状态，接入电路中的等效电容值为3pF,滤波器的截止频率为19MHz,滤波器通带为9kHz—19MHz，阻带为19MHz—30MHz具体的七种级数情况见下表2所示。

表2差模等效情况下不同级数的滤波器频带

本实用新型的差模等效状态只以3组电容7个级数为例进行计算，同时也适用于开关数为n组的情况。

本实用新型所提出的一种用于轨道机车的可变抑制频带三相EMI滤波器加装位置图如图4所示，从图中可以看到，轨道机车牵引转动系统主要包括用于从电力接触网42上获取电能的受电弓43，以及将电压等级降低的变压器44，本实用新型滤波器加装在牵引变流器45和三相异步电机46的进出线之间。本实用新型所提出的一种用于轨道机车的可变抑制频带三相EMI滤波器不仅适用于轨道机车牵引系统，还适用于其他开关功率变换器的应用场合。

Claims (5)

1.一种用于轨道机车的可变抑制频带三相EMI滤波器，其特征在于：包括接入设备的四条输入线，分别为：U线(1)、V线(2)、W线(3)及PE线(4)，U线(1)上设有差模电感L_dm1(5)，V线(2)上设有差模电感L_dm2(6)，W线(3)上设有差模电感L_dm3(7)，U线(1)、V线(2)、W线(3)之间连接有三绕组共模扼流圈电感L_cm(8)；

在共模扼流圈电感L_cm(8)三个输出端之间分别接入多组差模电容组，每组差模电容组包括三个差模电容和三个差模电容开关，在共模扼流圈电感L_cm(8)的三个输出端与PE线(4)之间分别接入多组共模电容组，每组共模电容组包括三个共模电容和一个共模电容开关；每组差模电容组合一组共模电容组一一对应构成了一组开关电容组。

2.根据权利要求1所述的一种用于轨道机车的可变抑制频带三相EMI滤波器，其特征在于：所述开关电容组设有三组，分别开关电容组一(39)、开关电容组二(40)及开关电容组三(41)；

所述开关电容组一(39)中，U线(1)通过差模电容C_dm12(9)及差模电容开关S_d12(10)与V线(2)连接,U线(1)通过差模电容C_dm13(11)及差模电容开关S_d13(14)与W线(3)连接,V线(2)通过差模电容C_dm11(12)及差模电容开关S_d11(13)与W线(3)连接；PE线(4)与共模电容开关S_c1(18)连接，共模电容开关S_c1(18)另一端分别连接有共模电容C_cm11(15)、共模电容C_cm12(16)和共模电容C_cm13(17)，共模电容C_cm11(15)另一端接入W线(3)，共模电容C_cm12(16)另一端接入V线(2)，共模电容C_cm13(17)另一端接入U线(1)；

所述开关电容组二(40)中，U线(1)通过差模电容C_dm22(19)及差模电容开关S_d22(20)与V线(2)连接,U线(1)通过差模电容C_dm23(21)及差模电容开关S_d23(24)与W线(3)连接,V线(2)通过差模电容C_dm21(22)及差模电容开关S_d21(23)与W线(3)连接；PE线(4)与共模电容开关S_c2(28)连接，共模电容开关S_c2(28)另一端同时连接有共模电容C_cm21(25)、共模电容C_cm22(26)和共模电容C_cm23(27)，共模电容C_cm21(25)另一端接入W线(3)，共模电容C_cm22(26)另一端接入V线(2)，共模电容C_cm23(27)另一端接入U线(1)；

所述开关电容组三(41)中，U线(1)通过差模电容C_dm32(29)及差模电容开关S_d32(30)与V线(2)连接,U线(1)通过差模电容C_dm33(31)及差模电容开关S_d33(34)与W线(3)连接,V线(2)通过差模电容C_dm31(32)及差模电容开关S_d31(33)与W线(3)连接；PE线(4)与共模电容开关S_c3(38)连接，共模电容开关S_c3(38)另一端同时连接有共模电容C_cm31(35)、共模电容C_cm32(36)和共模电容C_cm33(37)，共模电容C_cm31(35)另一端接入W线(3)，共模电容C_cm32(36)另一端接入V线(2)，共模电容C_cm33(37)另一端接入U线(1)。

3.根据权利要求2所述的一种用于轨道机车的可变抑制频带三相EMI滤波器，其特征在于：所述开关电容组一(39)中，由共模电容开关S_c1(18)控制接入电路中的有共模电容C_cm11(15)和共模电容C_cm12(16)和共模电容C_cm13(17)；共模电容C_cm11(15)、共模电容C_cm12(16)和共模电容C_cm13(17)均选取耐压为4000V，容值为2935pF的薄膜电容。

4.根据权利要求2所述的一种用于轨道机车的可变抑制频带三相EMI滤波器，其特征在于：所述开关电容组二(40)中，由共模电容开关S_c2(28)控制接入电路中的有共模电容C_cm21(25)、共模电容C_cm22(26)和共模电容C_cm23(27)，共模电容C_cm21(25)、共模电容C_cm22(26)和共模电容C_cm23(27)均选取耐压为4000V，容值为436pF的薄膜电容。

5.根据权利要求2所述的一种用于轨道机车的可变抑制频带三相EMI滤波器，其特征在于：所述开关电容组三(41)中，由共模电容开关S_c3(38)控制接入电路中的有共模电容C_cm31(35)、共模电容C_cm32(36)和共模电容C_cm33(37)，共模电容C_cm31(35)、共模电容C_cm32(36)和共模电容C_cm33(37)均选取耐压为4000V，容值为5pF的薄膜电容。