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舰船大功率逆变电源电磁干扰建模与噪声抑制方法研究

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摘要

第1章绪论

1.1论文的选题背景及研究意义

1.2电磁兼容技术背景

1.3电磁干扰标准及其测试方法

1.4舰船大功率逆变电源电磁兼容国内外研究现状

1.5本课题主要研究内容与创新点

第2章传导电磁干扰机理研究

2.1传导电磁干扰

2.2传导EMI噪声建模

2.2.1共模EMI噪声模型

2.2.2差模EMI噪声模型

2.3传导EMI噪声分离方法

2.4噪声源阻抗提取

2.5传导EMI噪声抑制方法

2.5.1 IGBT驱动脉冲对传导EMI噪声的抑制

2.5.2滤波器设计对传导EMI噪声的抑制

2.6本章小结

第3章辐射电磁干扰机理研究

3.1辐射电磁干扰

3.2辐射EMI噪声建模

3.2.1共模EMI噪声模型

3.2.2差模EMI噪声模型

3.3辐射EMI噪声分离方法

3.4辐射EMI噪声分离实验

3.5辐射EMI噪声抑制方法

3.6本章小结

第4章基于柜体电磁屏蔽的EMI噪声抑制方法研究

4.1屏蔽效能原理与柜体建模

4.2开孔位置对柜体屏蔽效能影响

4.3开孔形状对柜体屏蔽效能影响

4.4屏蔽层对柜体屏蔽效能影响

4.5本章小结

第5章某型大功率逆变电源EMI实验与抑制研究

5.1传导电磁干扰抑制实验

5.2逆变电源柜体电磁屏蔽实验

6.1总结

6.2展望

参考文献

在读期间发表的学术论文及研究成果

致谢

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摘要

随着电器及电力电子元器件设备在舰船系统的广泛应用,产生了大量电磁干扰(Electromagnetic Interference,EMI)噪声,对舰船供配电系统及周边敏感设备的正常工作造成影响,大功率逆变电源作为直流输电侧与交流供电侧电能交换的载体是舰船供配电系统电磁干扰噪声的重要来源。针对上述问题,本文主要对舰船大功率逆变电源电磁干扰建模与噪声抑制方法展开了研究,具体包括:
  1.从电磁干扰的分类出发,分析逆变电路传导EMI噪声生成机理,在Simulink仿真环境下建立舰船大功率逆变电源电路仿真模型。在分析了共模(Common Mode,CM)、差模(Differential Mode,DM)传导EMI噪声等效模型的基础上,提取了以IGBT为功率开关器件的逆变电路的输入、输出电压噪声,并通过改变电流内环、电压外环的双闭环控制参数以抑制传导EMI噪声。此外,将提取的输出交流电压噪声分离,发现电路传导噪声以共模噪声为主,利用散射参数法提取噪声源阻抗,设计了针对本电路的EMI滤波器以抑制传导EMI噪声。
  2.分析逆变电路辐射EMI噪声生成机理,在分析了共模、差模辐射EMI噪声等效模型的基础上,利用快速傅里叶变换原理将辐射EMI噪声进行共模、差模分离,并通过实验验证了该辐射EMI噪声分离方法的有效性。此外还分析了典型辐射噪声产生原因,建立了因阻抗失配引起的辐射噪声模型。
  3.在CST仿真环境下对逆变电源柜体进行建模,分析不同柜体模型下的柜体电磁屏蔽效果。仿真结果表明,在不同开孔位置下,背面开孔的柜体屏蔽效能平均优于底面开孔4.15dB。模型优化为背面开孔后,通过不同开孔形状的仿真对比,发现正六边形开孔的柜体屏蔽效能优于圆形开孔和正方形开孔。在模型优化为正六边形开孔后,通过添加柜体内侧屏蔽层仿真,分析得出屏蔽层的添加能使柜体屏蔽效能优化7.63dB,极大的提升了柜体电磁特性。
  4.开展了舰船大功率逆变电源EMI实验与抑制研究。通过添加滤波器有效隔离噪声源等方式抑制电路传导EMI噪声,同时对逆变电源柜体进行开孔位置、开孔形状、屏蔽材料选取等各方面的优化,以达到抑制传动控制柜的辐射EMI噪声的目的。对优化过的舰船逆变电源柜体开展了基于GJB151B的CE102、RE101、RE102的EMI标准测试实验,顺利通过测试,验证了本课题所提出的噪声抑制方法的正确性和有效性。

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