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PWM驱动电机系统传导干扰预测模型的研究

作　者: 段建东
导　师: 孙力
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 电机与电器
关键词: PWM驱动传导干扰机理分析预测模型寄生参数提取
分类号: TM301.4
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

由于PWM技术应用于电机驱动系统中,功率变换器采用MOSFET、IGBT、可关断晶闸管等开关器件。为了得到更好的电机系统控制性能指标,开关器件的开关频率较高,其开通和关断的瞬间产生很大的电压和电流突变,大的电压、电流变化率会产生强电磁干扰(EMI),往往超出电磁兼容标准规定的允许值。产生的电磁干扰主要是以传导的形式进行传播的,为了使PWM驱动电机系统本身和它周围的环境达到电磁兼容(EMC)的目标,进行PWM驱动电机系统传导干扰的研究是非常必要的。本文研究传导干扰的重点是传导干扰预测。为了验证预测模型的正确性,本文针对感应电机PWM驱动系统所存在的传导干扰进行分析和研究。由于干扰源和干扰通道的不同将传导干扰分为共模(CM)干扰和差模(DM)干扰,建模的总体思路是干扰源加干扰通道的模式,首先分析传导干扰的机理,然后在时频域中建立等效电路。共模和差模的主要干扰源是开关器件的通断产生的,本文针对IGBT的时域行为模型抽取出时域和频域干扰源模型。由于传导干扰的路径和上下桥臂IGBT的开通和关断有很大关系,因此分析了IGBT不同的开关状态下的共模干扰和差模干扰的传播路径及其共模干扰和差模干扰传播的特点。在机理分析的基础上建立共模干扰和差模干扰的数学模型。为了验证模型的可靠性,遵循分析问题的一般规律,先后采用了三种方法进行数学模型的建立。分别为时域模拟实际电路法、时域简化电路法和频域法。时域模拟实际电路法就是完全模仿实际系统的正常工作,每个环节遵照实际情况进行建模,干扰源和干扰通道暗含于正常工作电路中。时域简化电路法从实际电路中抽取出干扰源和干扰通道。频域法直接给出干扰源和干扰通道的频域表达式,求出传递函数,进而得出干扰的频域表达式。文中详细说明了三种方法的建模步骤和各自的特点,分析三种方法之间的关系和应用的不同场合。最后利用有限积分法进行了印刷电路板寄生参数的提取。说明了数值法仿真求解寄生参数的优点,给出了提取的步骤和结果。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-9
第1章绪论  9-16
  1.1 课题研究的目的和意义  9-10
  1.2 PWM 驱动电机系统传导干扰预测研究的现状  10-14
    1.2.1 传导干扰机理分析研究现状  10-12
    1.2.2 传导干扰数学模型建立研究现状  12-13
    1.2.3 寄生参数提取研究现状  13-14
  1.3 论文的主要内容  14-16
第2 章 PWM 驱动电机系统的传导干扰机理分析  16-29
  2.1 引言  16
  2.2 干扰源分析  16-20
    2.2.1 IGBT 开关瞬态过程分析  16-19
    2.2.2 共模干扰源分析  19-20
    2.2.3 差模干扰源分析  20
  2.3 干扰传播路径  20-28
    2.3.1 共模干扰主电路简化  22
    2.3.2 共模干扰路径分析  22-25
    2.3.3 差模干扰主电路简化  25-26
    2.3.4 差模干扰路径分析  26-28
  2.4 本章小结  28-29
第3章 PWM 驱动电机系统共模干扰数学模型的建立  29-43
  3.1 引言  29-30
  3.2 各环节高频共模等效模型  30-37
    3.2.1 三相感应电机高频模型的建立  30-33
    3.2.2 IPM 模块高频模型的建立  33-36
    3.2.3 电缆高频模型的建立  36-37
  3.3 共模时域模拟实际电路法建模  37-38
  3.4 共模时域简化电路法建模  38-40
  3.5 共模频域法建模  40-42
  3.6 本章小结  42-43
第4章 PWM 驱动电机系统差模干扰数学模型的建立  43-52
  4.1 引言  43
  4.2 差模时域模拟实际电路法建模  43-46
  4.3 差模时域简化电路法建模  46-49
  4.4 差模频域法建模  49-51
  4.5 本章小结  51-52
第5章寄生参数提取  52-59
  5.1 引言  52
  5.2 CST 微波工作室和有限积分法(FIT)简介  52-54
  5.3 逆变器母线寄生参数提取  54-58
    5.3.1 封闭形式计算  55
    5.3.2 CST 微波工作室计算结果  55-57
    5.3.3 逆变器母线寄生参数  57-58
  5.4 本章小结  58-59
结论  59-60
参考文献  60-64
攻读学位期间发表的学术论文  64-66
致谢  66

PWM驱动电机系统传导干扰预测模型的研究

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