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继电器EFT干扰及其辐射场研究

作　者: 赵丹
导　师: 王立欣
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 电气工程
关键词: 电磁兼容 EFT 数值模型电磁辐射
分类号: TM58
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

电快速瞬变脉冲(EFT)干扰是造成测控系统电磁兼容问题的主要干扰源之一,因此研究EFT的产生机理及其辐射场计算对系统的电磁兼容设计具有重要意义。首先,针对电磁继电器断开感性负载瞬间产生EFT干扰这一问题,采用微观电弧理论与传统电路理论相结合的方法分析其产生机理。通过双回路电路模型的建立,解释了EFT瞬态过程中特有的负向电压这一特殊现象。接着,结合电弧理论将瞬态过程分为三个阶段来研究,并利用最小二乘法建立了继电器EFT的瞬态数值模型,通过实测波形和仿真结果的对比验证了该模型的正确性。其次,针对EFT干扰通过线缆向外产生辐射的问题,研究了基于非均匀网格FDTD法计算裸线EFT辐射场的仿真实现方法。并以地回路裸线为例建立了其仿真模型、给出了网格划分方式和算例验证。同时,为考虑实际有耗地环境对辐射场的影响,在上述模型的基础上研究了地参数改变对裸线辐射场的影响。最后,建立了屏蔽电缆的等效电路模型,研究了场路结合的方法计算屏蔽电缆辐射场的仿真实现。其原理是将屏蔽电缆分为内、外两个系统,内系统通过传输线方程的求解获得芯线上的电压电流分布,并通过转移阻抗将内外系统联系起来,外系统则可等效为裸线来计算其辐射场。为解决传统的FDTD法不能直接处理传输线方程中的频变参数问题,研究了通过数值拟合及卷积递推计算对现有FDTD法进行改进,并给出了相关的算例验证。最后,利用场路结合的方法计算了同轴电缆的瞬态辐射场,并通过仿真与实验验证了该方法的正确性。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-9
第1章绪论  9-19
  1.1 课题背景及研究的目的和意义  9
  1.2 瞬态EFT 干扰问题概述  9-13
    1.2.1 瞬态干扰的产生机理及特性  10-11
    1.2.2 瞬态辐射场的计算  11-13
  1.3 国内外研究现状  13-18
    1.3.1 瞬态干扰的产生机理  13-14
    1.3.2 瞬态辐射场的计算  14-18
  1.4 本文主要研究内容  18-19
第2章继电器EFT 干扰数值模型的建立  19-30
  2.1 引言  19
  2.2 EFT 瞬态干扰的产生机理  19-24
    2.2.1 EFT 瞬态干扰的三个阶段  20-23
    2.2.2 EFT 瞬态干扰产生的条件  23-24
  2.3 EFT 瞬态干扰的数值模型建立  24-27
    2.3.1 最小二乘法数据拟合方法  24
    2.3.2 瞬态干扰的数值拟合  24-27
  2.4 实验验证  27-29
    2.4.1 电感对金属弧的影响  27-28
    2.4.2 电感对瞬态击穿区的影响  28-29
  2.5 本章小结  29-30
第3章地回路裸线辐射场的计算  30-41
  3.1 引言  30
  3.2 非均匀网格FDTD 法  30-34
    3.2.1 非均匀网格FDTD 法的基本方程  30-32
    3.2.2 地回路裸线模型的划分  32-33
    3.2.3 边界条件设置  33-34
  3.3 非均匀网格法求解裸线的瞬态辐射场  34-37
    3.3.1 EFT 瞬态激励源分析  34-35
    3.3.2 正确性验证  35-37
  3.4 地参数对辐射场的影响  37-40
    3.4.1 电导率对辐射场的影响  37-39
    3.4.2 介电常数对辐射场的影响  39
    3.4.3 距地高度和地参数对辐射场的影响  39-40
  3.5 本章小结  40-41
第4章改进的FDTD 法求解传输线方程  41-55
  4.1 引言  41
  4.2 传统的FDTD 法求解传输线方程  41-44
    4.2.1 传输线方程  41-42
    4.2.2 传输线方程中的频变参数  42-43
    4.2.3 传输线方程的FDTD 空间离散  43-44
  4.3 频变参数的数值逼近  44-51
    4.3.1 Pade 数值逼近技术  44-47
    4.3.2 矢量匹配数值逼近技术  47-50
    4.3.3 两种方法的比较  50-51
  4.4 卷积的递推计算  51-52
  4.5 改进的FDTD 法  52-54
    4.5.1 改进的FDTD 时域迭代  52-54
    4.5.2 算例验证  54
  4.6 本章小结  54-55
第5章屏蔽电缆辐射场的计算  55-68
  5.1 引言  55
  5.2 屏蔽电缆  55-58
    5.2.1 管状屏蔽电缆  56
    5.2.2 编织屏蔽电缆  56-58
  5.3 屏蔽电缆等效电路模型的FDTD 求解  58-61
    5.3.1 屏蔽电缆的等效电路模型  58-59
    5.3.2 模型的正确性验证  59-61
  5.4 屏蔽电缆辐射场的计算及分析  61-64
    5.4.1 不同屏蔽结构电缆辐射场的计算  61-62
    5.4.2 不同编织结构电缆辐射场的计算  62-64
  5.5 实验验证  64-67
    5.5.1 转移阻抗的对偶性实验  64-65
    5.5.2 实验结果分析  65-67
  5.6 本章小结  67-68
结论  68-69
参考文献  69-73
攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果  73-75
致谢  75

继电器EFT干扰及其辐射场研究

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