兵工学报 ›› 2024, Vol. 45 ›› Issue (9): 3004-3016.doi: 10.12382/bgxb.2023.0765
收稿日期:
2023-08-17
上线日期:
2023-11-15
通讯作者:
XIONG Ying, LI Xiaojian*(), FAN Zhiyou, LI Nan, WANG Biao, WANG Tiannan
Received:
2023-08-17
Online:
2023-11-15
摘要:
装甲车辆动力系统大功率电驱动系统中开关模组的高速切换将产生一系列高压瞬态脉冲及宽频谐波干扰,对高度电气化的整车系统构成严峻威胁。针对大功率电驱动系统产生的传导干扰缺乏数字化检测及分析问题,提出一种系统级的传导干扰预测模型构建方法。对电驱动系统各电气部件例如高压电池组、逆变器、负载电机分别独立建模;基于多导体传输线方法,将各模型通过表征系统寄生效应的传输线进行级联,进而构成完整的分布式系统级传导干扰预测模型。通过测试台架对新提出的模型进行精度测试对比验证。对比验证结果表明,新构建的模型在10kHz~100MHz频段范围内仿真精度优于8dB,可为电驱动装甲车辆的电磁兼容正向设计提供有效支撑,具备创新性及实用性。
中图分类号:
熊瑛, 李小健, 范知友, 李楠, 王彪, 王天楠. 装甲车辆大功率电驱动系统传导干扰预测模型构建方法[J]. 兵工学报, 2024, 45(9): 3004-3016.
XIONG Ying, LI Xiaojian, FAN Zhiyou, LI Nan, WANG Biao, WANG Tiannan. Construction Method of Conducted Interference Prediction Model for High Power Electric Drive System of Armored Vehicle[J]. Acta Armamentarii, 2024, 45(9): 3004-3016.
技术指标 | 民用驱动电机 | 军用驱动电机 |
---|---|---|
额定功率/kW | 60~80 | ≥140 |
峰值功率/kW | 120~150 | ≥200 |
峰值扭矩/(N·m) | 200~1200 | ≥1200 |
额定母线电压VDC/V | 300~600 | 500~1200 |
表1 军用、民用驱动电机技术参数对比
Table 1 Comparison of technical parameters of military and commercial drive motors
技术指标 | 民用驱动电机 | 军用驱动电机 |
---|---|---|
额定功率/kW | 60~80 | ≥140 |
峰值功率/kW | 120~150 | ≥200 |
峰值扭矩/(N·m) | 200~1200 | ≥1200 |
额定母线电压VDC/V | 300~600 | 500~1200 |
寄生参数 | 取值 | 寄生参数 | 取值 | |
---|---|---|---|---|
CY/μF | 0.74 | Ce/pF | 370 | |
LY/nH | 143 | Cc/pF | 88 | |
CLink/μF | 925 | Cp/pF | 410 | |
LLink/nH | 9 | Cj/nF | 12 | |
LIGBT/nH | 27 |
表2 逆变器电路中的寄生参数
Table 2 Parasitic parameter values in inverter circuits
寄生参数 | 取值 | 寄生参数 | 取值 | |
---|---|---|---|---|
CY/μF | 0.74 | Ce/pF | 370 | |
LY/nH | 143 | Cc/pF | 88 | |
CLink/μF | 925 | Cp/pF | 410 | |
LLink/nH | 9 | Cj/nF | 12 | |
LIGBT/nH | 27 |
参数 | 数值 | 参数 | 数值 | |
---|---|---|---|---|
持续功率/kW | 140 | 峰值功率/kW | 200 | |
持续扭矩/(N·m) | 1100 | 峰值扭矩/(N·m) | 2500 | |
额定转速/(r·min-1) | 1215 | 最高转速/(r·min-1) | 2700 |
表3 电机基本技术参数
Table 3 Basic parameters of motor
参数 | 数值 | 参数 | 数值 | |
---|---|---|---|---|
持续功率/kW | 140 | 峰值功率/kW | 200 | |
持续扭矩/(N·m) | 1100 | 峰值扭矩/(N·m) | 2500 | |
额定转速/(r·min-1) | 1215 | 最高转速/(r·min-1) | 2700 |
R1/Ω | L1/H | R2/Ω | C2/F | m | Rm1/Ω | Rm2/Ω | Lm/H | Cm/F |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|
3 | 0.1072 | 134.7561 | 3.3864×10-5 | 8.7215×10-9 | ||||
7.5838 | 1.0893×10-7 | 3.4378×106 | 9.9736×10-9 | 4 | 9.3814 | 148.2797 | 1.3803×10-5 | 9.8771×10-10 |
5 | 0.5508 | -1.2617×103 | 8.8580×10-9 | 2.4590×10-10 | ||||
6 | -1.2344 | 721.9726 | 1.6976×10-7 | 8.2781×10-12 |
表4 电机单相共模电路参数值
Table 4 Circuit parameters of single phase common mode impedance
R1/Ω | L1/H | R2/Ω | C2/F | m | Rm1/Ω | Rm2/Ω | Lm/H | Cm/F |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|
3 | 0.1072 | 134.7561 | 3.3864×10-5 | 8.7215×10-9 | ||||
7.5838 | 1.0893×10-7 | 3.4378×106 | 9.9736×10-9 | 4 | 9.3814 | 148.2797 | 1.3803×10-5 | 9.8771×10-10 |
5 | 0.5508 | -1.2617×103 | 8.8580×10-9 | 2.4590×10-10 | ||||
6 | -1.2344 | 721.9726 | 1.6976×10-7 | 8.2781×10-12 |
R1/Ω | R2/Ω | C2/F | n | Rn1/Ω | Rn2/Ω | Ln/H | Cn/F |
---|---|---|---|---|---|---|---|
3 | 24.6039 | 833.3883 | 2.9362×10-4 | 6.9829×10-9 | |||
4 | 1.5962 | -28.7380 | 3.0657×10-6 | 1.5245×10-7 | |||
47.9964 | -48.3826 | -2.6092×10-8 | 5 | 30.4715 | 391.7894 | 8.5808×10-6 | 1.2820×10-9 |
6 | 0.446 | -0.4701 | -1.7044×10-10 | -8.0010×10-10 | |||
7 | -36.9038 | 113.7829 | 9.4583×10-8 | 1.20802×10-11 |
表5 电机单相差模的电路参数值
Table 5 Circuit parameters of single phase differential mode impedance
R1/Ω | R2/Ω | C2/F | n | Rn1/Ω | Rn2/Ω | Ln/H | Cn/F |
---|---|---|---|---|---|---|---|
3 | 24.6039 | 833.3883 | 2.9362×10-4 | 6.9829×10-9 | |||
4 | 1.5962 | -28.7380 | 3.0657×10-6 | 1.5245×10-7 | |||
47.9964 | -48.3826 | -2.6092×10-8 | 5 | 30.4715 | 391.7894 | 8.5808×10-6 | 1.2820×10-9 |
6 | 0.446 | -0.4701 | -1.7044×10-10 | -8.0010×10-10 | |||
7 | -36.9038 | 113.7829 | 9.4583×10-8 | 1.20802×10-11 |
电参数 | 释义 | 取值 |
---|---|---|
Rc1, Rc2, Rc3 | 单位电长度内导体电阻值 | Rc1 =Rc2 =Rc3=21.53mΩ/m |
Rsh1, Rsh2, Rsh3 | 单位电长度屏蔽层电阻值 | Rsh1 =Rsh2 =Rsh3=6.7mΩ/m |
Lc1, Lc2, Lc3 | 单位电长度内导体自感值 | Lc1=Lc2 =Lc3=942.96nH/m |
Lsh1, Lsh2, Lsh3 | 单位电长度屏蔽层自感值 | Lsh1=Lsh2 =Lsh3=846.97nH/m |
Mc1c2, Mc1c2, Mc1c3 | 单位电长度内导体间互感值 | Mc1c2=Mc2c3=640.25nH/m Mc1c3=546.02nH/m |
Msh1sh2, Msh1sh3, Msh2sh3 | 单位电长度屏蔽层间互感值 | Msh1sh2=Msh2sh3=640.25nH/m Msh1sh3=546.02nH/m |
Mc1sh1, Mc1sh2, Mc1sh3 Mc2sh1, Mc2sh2, Mc2sh3 Mc3sh1, Mc3sh2, Mc3sh3 | 单位电长度内导体与屏蔽层间互感值 | Mc1sh1=Mc2sh2 =Mc3sh3=846.97nH/m Mc1sh2=Mc2sh2=Mc2sh3=Mc3sh2=640.25nH/m Mc1sh3=Mc3sh1=546.02nH/m |
Csh1, Csh2, Csh3 | 单位电长度屏蔽层对地电容值 | Csh1=Csh2 =Csh3=492.47pF/m |
Csh1sh2, Csh1sh3, Csh2sh3 | 单位电长度屏蔽层间互容值 | Csh1sh2=Csh2sh3=20.63pF/m Csh1sh3=1.65nH/m |
Cc1sh1, Cc2sh2, Cc3sh3 | 单位电长度内导体与屏蔽层互容值 | Cc1sh1=Cc2sh2=Cc3sh3=446.46pF/m |
表6 传输线等效模型电参数释义及取值
Table 6 Symbolic meaning and values of electrical parameters in the equivalent model of transmission lines
电参数 | 释义 | 取值 |
---|---|---|
Rc1, Rc2, Rc3 | 单位电长度内导体电阻值 | Rc1 =Rc2 =Rc3=21.53mΩ/m |
Rsh1, Rsh2, Rsh3 | 单位电长度屏蔽层电阻值 | Rsh1 =Rsh2 =Rsh3=6.7mΩ/m |
Lc1, Lc2, Lc3 | 单位电长度内导体自感值 | Lc1=Lc2 =Lc3=942.96nH/m |
Lsh1, Lsh2, Lsh3 | 单位电长度屏蔽层自感值 | Lsh1=Lsh2 =Lsh3=846.97nH/m |
Mc1c2, Mc1c2, Mc1c3 | 单位电长度内导体间互感值 | Mc1c2=Mc2c3=640.25nH/m Mc1c3=546.02nH/m |
Msh1sh2, Msh1sh3, Msh2sh3 | 单位电长度屏蔽层间互感值 | Msh1sh2=Msh2sh3=640.25nH/m Msh1sh3=546.02nH/m |
Mc1sh1, Mc1sh2, Mc1sh3 Mc2sh1, Mc2sh2, Mc2sh3 Mc3sh1, Mc3sh2, Mc3sh3 | 单位电长度内导体与屏蔽层间互感值 | Mc1sh1=Mc2sh2 =Mc3sh3=846.97nH/m Mc1sh2=Mc2sh2=Mc2sh3=Mc3sh2=640.25nH/m Mc1sh3=Mc3sh1=546.02nH/m |
Csh1, Csh2, Csh3 | 单位电长度屏蔽层对地电容值 | Csh1=Csh2 =Csh3=492.47pF/m |
Csh1sh2, Csh1sh3, Csh2sh3 | 单位电长度屏蔽层间互容值 | Csh1sh2=Csh2sh3=20.63pF/m Csh1sh3=1.65nH/m |
Cc1sh1, Cc2sh2, Cc3sh3 | 单位电长度内导体与屏蔽层互容值 | Cc1sh1=Cc2sh2=Cc3sh3=446.46pF/m |
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