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多导体段的电感参数计算方法

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摘要

第1章 绪论

1.1 研究背景

1.2 问题提出

1.3 研究现状

1.3.1 磁链法研究现状

1.3.2 磁场能量法研究现状

1.3.3 部分元等效电路方法研究现状

1.3.4 存在的问题

1.4 主要研究内容

第2章 多导体段模型的磁场能量

2.1 多导体段模型的定义

2.2 多导体段模型的磁场能量计算

2.3 矢量磁位的计算

2.3.1 洛伦兹规范下的矢量磁位

2.3.2 库仑规范下的矢量磁位

2.3.3 各部分矢量磁位对比分析

2.4 多导体段模型的磁场能量分析

2.5 磁场能量与部分电感参数的关系

2.6 本章小结

第3章 基于磁场能量的多导体段电感参数计算方法

3.1 多导体段模型的电感参数定义

3.2 多导体段模型的电感参数计算方法

3.2.1 多导体段模型的电感参数计算公式

3.2.2 多导体段模型的算例分析

3.2.3 多导体段模型的电感参数与现有方法的对比

3.3 典型结构的电感参数近似计算公式

3.3.1 圆柱形直导体的自感参数

3.3.2 平行圆柱形导体的互感参数

3.3.3 几种其他情况导体的互感参数

3.4 本章小结

第4章 基于能量关系的部分元等效电路方法

4.1 部分元等效电路模型

4.1.1 电阻效应的分析

4.1.2 外加激励电场的分析

4.1.3 电容效应的分析

4.1.4 电感效应的分析

4.1.5 单个单元的等效电路

4.1.6 多个单元的等效电路

4.2 考虑时延的位函数计算方法

4.2.1 传导电流产生的矢量磁位

4.2.2 位移电流产生的矢量磁位

4.2.3 复数形式的矢量磁位的影响

4.2.4 矢量磁位与频率的关系

4.3 部分元等效电路方法在天线上的应用与验证

4.4 本章小结

第5章 多导体段电感参数计算方法的实际应用

5.1 闭合回路结构的电感参数计算

5.1.1 按整个回路进行计算

5.1.1 按分段导体进行计算

5.2 涡流效应情况下的电流计算

5.2.1 单一频率下导体上的电流分布

5.2.2 导体上的时域电流分布

5.3 压接型IGBT金属结构的电流分析

5.3.1 电感参数计算与实验对比

5.3.2 盖板结构的电流分布计算

5.4 本章小结

第6章 结论

参考文献

攻读博士学位期间发表的论文及其它成果

攻读博士学位期间参加的科研工作

致谢

作者简介

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摘要

电感参数是导体回路载流后磁场的一种宏观电路等效,也是电路建模和分析的一个重要参数。在实际工程中,经常遇到在不知整个导体回路、但己知局部导体回路情况下的电流分布的问题。例如,柔性直流输电中得到广泛应用的高压大功率压接型IGBT器件,其内部由数十只芯片并联构成,在导通或关断瞬间,各个并联芯片的电流分布不仅与各个芯片的自身参数有关,而且还与各个芯片位置对应的电感参数有关,但并不知道该器件所在的整个导体回路。本文将这类问题称为多导体段问题。
  数十年来,许多学者对多导体段问题进行研究,并提出了基于虚拟假设回路的磁链法、基于空间磁场能量的能量法以及基于电位方程的部分元等效电路法。其中,磁链法和部分元等效电路法的电感参数计算公式一致,且计算速度比能量法快。但是,这两种方法和能量法在多导体段问题上的电感参数的计算结果不同,存在矛盾。
  本文针对多导体段的电感参数计算问题,通过对空间磁场能量与矢量磁位的分析,提出了一整套电感参数计算方法,可以准确地计算实际结构中多导体段的电感参数,能够准确地反映电流与空间磁场能量之间的关系。本文从三个层面依次递进进行了研究,并在实际问题中对所提方法进行了应用。
  首先,定义了多导体段模型,并推导了相应的空间磁场能量计算方法。多导体段模型的特点在于电流会在导体端面上积累出随时间变化的电荷,该部分电荷会在空间中产生相应的位移电流,确保了电流的连续性。分析结果表明,磁链法和能量法差异的根源,就在于原有的磁链法没有充分考虑这部分位移电流的影响。进而,通过对比矢量磁位受不同散度规范的影响,提出了基于矢量磁位的多导体段模型的磁场能量的简化计算公式,为多导体段的电感参数提取奠定了基础。
  其次,基于空间中的磁场能量,定义了多导体段模型的电感参数,提出了电感参数的计算方法,结果表明,应用库仑规范进行计算时能加快计算速度,且本文提出的电感参数的计算方法能够准确地反映电流与空间中的磁场能量之间的关系。在此基础上,应用所提方法,推导了多种情况下多导体段的电感参数的近似计算公式,结果表明,所提近似计算公式能更准确地计算多导体段的电感参数。
  然后,基于空间中的磁场能量、电场能量与复功率之间的关系公式,提出了改进的部分元等效电路方法。功率关系公式中每一项算式都可以等效为相应的电路元件,继而推导了各个等效电路元件参数的计算方法。结果表明,所提方法的电感参数计算公式与现有的部分元等效电路方法的计算公式形式类似,但通过修正,为等效电路元件参数赋予了空间能量关系的物理意义。同时,提出了频率较高时考虑传播时延情况下空间矢量磁位的计算方法,继而推导了相应的电感参数计算公式。将所提方法应用于天线的参数计算,结果表明,所提方法是有效的。
  最后,分别将所提方法应用于闭合回路的电感参数计算,涡流效应影响下导体内部电流分布计算,高压大功率压接型IGBT器件多芯片并联的电流分布计算等问题,通过与解析解或实验结果等的对比,均验证了所提方法的有效性。

著录项

  • 作者

    倪筹帷;

  • 作者单位

    华北电力大学;

    华北电力大学(北京);

  • 授予单位 华北电力大学;华北电力大学(北京);
  • 学科 电气工程;电力系统及其自动化
  • 授予学位 博士
  • 导师姓名 崔翔,赵志斌;
  • 年度 2018
  • 页码
  • 总页数
  • 原文格式 PDF
  • 正文语种 中文
  • 中图分类 电路参数;
  • 关键词

    等效电路; 多导体段; 电感参数; 计算方法;

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