(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211132793.3 (22)申请日 2022.09.13 (71)申请人 浙江大学 地址 310058 浙江省杭州市西湖区余杭塘 路866号 (72)发明人 陈恒林　周天翔　 (74)专利代理 机构 杭州天勤知识产权代理有限 公司 33224 专利代理师 王琛 (51)Int.Cl. H02M 1/44(2007.01) G06F 30/20(2020.01) (54)发明名称 一种基于电磁干扰模型的变流器箱体接地 设计方法 (57)摘要 本发明公开了一种基于电磁干扰模型的变 流器箱体接地设计方法， 该方法通过建立地铁牵 引系统功率电路对低压电源端口的电磁干扰耦 合模型， 实现了低压电源端口电磁干扰的预测。 基于电磁干扰耦合模型， 本发明仿真计算了变流 器箱体在不同接地点位置和接地线阻抗的情况 下低压电源端口的电磁干扰， 设计了变流器箱体 的优化接地方案， 抑制了低压电源端口的电磁干 扰， 故本发 明为大功率电力电子系统变流器箱体 电磁干扰耦合建模及接地优化 提供了理论依据。 权利要求书2页 说明书6页 附图5页 CN 115459585 A 2022.12.09 CN 115459585 A 1.一种基于电磁干扰模型的变流器箱体接地设计方法， 包括如下步骤： (1)分别测试牵引逆变器工作和不工作两种情况下箱体低压电源端口的电磁干扰， 分 析低压电源端口电磁干扰的主 要来源； (2)分析逆变器功率电路对低压电源端口 电磁干扰耦合路径的回路阻抗， 确定主要的 电磁干扰耦合路径； (3)建立牵引 逆变器中IGBT模块与变流器箱体的耦合模型、 低压电源线与变流器箱体 的耦合模型以及变流器箱体的高频模型； (4)根据步骤(3)中得到的模型结合地铁牵引系统中其他相关部件的高频模型， 建立地 铁牵引系统功率电路对低压电源端口 的电磁干扰耦合模型； (5)基于电磁干扰耦合模型， 仿真计算变流器箱体在不同接地点位置和不同接地线阻 抗情况下低压电源端口 的电磁干扰， 进 而确定变流器箱体的优化接地方案 。 2.根据权利要求1所述的变流器箱体接地设计方法， 其特征在于： 所述步骤(1)中使用 EMI接收机配合LISN测试低压电源端口的电磁干扰， 通过比较牵引逆变器工作和不工作两 种情况下低压电源端口电磁干扰的幅值， 分析低压电源端口电磁干扰的主 要来源。 3.根据权利要求1所述的变流器箱体接地设计方法， 其特征在于： 所述步骤(1)中分析 低压电源端口电磁干扰主要来源的标准为： 相比于牵引逆变器不工作的情况， 当牵引逆变 器工作时， 若正线电磁干扰的幅值增大， 则判定低压电源端口的电磁干扰主要由牵引逆变 器中的IGB T模块产生； 相比于牵引逆变器不工作的情况， 当牵引逆变器工作时， 若正线电磁 干扰的幅值无明显变化， 则判定低压电源端口的电磁干扰主要由控制电路DC ‑DC变换器中 的MOSFET产生， 若低压电源端口 的电磁干扰低于传导发射限值， 则此类电磁干扰可以忽略。 4.根据权利要求1所述的变流器箱体接地设计方法， 其特征在于： 所述步骤(2)中逆变 器功率电路对低压电源端口主要有两条电磁干扰耦合路径， 其中一条依次通过IGB T模块与 基板之间的寄生电容、 散热器、 变流器箱体、 控制器外壳、 低压电源线与控制电路地之间的 共模电容耦合至低压电源端口， 另一条则通过控制器中的驱动电路耦合至低压电源端口。 5.根据权利要求1所述的变流器箱体接地设计方法， 其特征在于： 所述步骤(3)中建立 IGBT模块与变流器箱体耦合模 型的具体实现方式为： 首先在IGB T模块的集电极与发射极之 间并联电感， 然后使用阻抗分析仪 分别测试集电极与发射极之 间的阻抗以及集电极与基板 之间的阻抗， 最后采用非线性 最小二乘法提取IGBT模块与变流器箱体耦合模型的参数。 6.根据权利要求1所述的变流器箱体接地设计方法， 其特征在于： 所述步骤(3)中建立 低压电源线与变流器箱体耦合模型的具体实现方式为： 首先使用阻抗分析仪测试低压电源 线与变流器箱体之 间的阻抗， 然后采用遗传算法提取低压电源线与变流器箱体耦合模型的 参数。 7.根据权利要求1所述的变流器箱体接地设计方法， 其特征在于： 所述步骤(3)中建立 变流器箱体高频模型的具体实现方式为： 首先在有限元仿 真软件中建立变流器箱体的三 维 电磁模型， 然后采用扫频方式仿真提取变流器箱体的高频阻抗参数， 进而建立随频率变化 的变流器箱体高频模型。 8.根据权利要求1所述的变流器箱体接地设计方法， 其特征在于： 所述地铁牵引系统中 其他相关部件包括直流电源、 直流侧线缆、 IGBT模块、 母排结构件、 支撑电容、 交流侧线缆、 牵引电机、 接地线和LISN； 对于直流电源和直流侧线缆， 则通过在线测试牵引逆变器输入侧权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115459585 A 2的电压和电流建立两者的等效电路模型； 对于交流侧线缆和牵引电机， 则通过在线测试牵 引逆变器输出侧的电压和电流建立两者的等效电路模型； 对于IGBT模块， 则对其进行双脉 冲测试， 结合IGBT模块的数据手册， 建立IGBT模块的高频模型； 对于母排结构件的高频模 型， 其建立方法与变流器箱体高频模 型的建立方法相同； 对于如支撑电容、 接地线和LISN在 内的无源元件， 则使用阻抗分析仪测试其阻抗特性 曲线， 进而建立这些无源元件的高频模 型。 9.根据权利要求1所述的变流器箱体接地设计方法， 其特征在于： 所述电磁干扰耦合模 型包括IGBT模块集电极与基板之间寄生电容的阻抗ZC、 IGBT模块发射极与基板之间寄生电 容的阻抗ZE、 低压电源线与变 流器箱体之间的阻抗ZT、 牵引逆变器输入侧正线与地平面之间 的等效阻抗ZPG、 牵引逆变器输入侧负线与地平面之间的等 效阻抗ZNG、 牵引逆变器输入侧正 线与负线之间的等效阻抗ZPN、 牵引逆变器输出侧UVW三相与地平面之间的等效阻抗ZUG、 ZVG 和ZWG、 牵引逆变器输出侧UVW三相与中性点之间的等效阻抗ZU、 ZV和ZW、 变流器箱体 不同接地 点位置的接地线阻抗ZG1、 ZG2和ZG3以及变流器箱体自身存在的阻抗Z1、 Z2、 Z3和Z4。 10.根据权利要求1所述的变流器箱体接地设计方法， 其特征在于： 所述步骤(5)中对于 不同接地点位置和不同接地线阻抗情况下， 通过仿真LISN中50Ω电阻上电压的时域波形， 并采用EMI接 收机算法对仿真得到的时域波形数据进行处理， 从而得到低压电源端口的电 磁干扰。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115459585 A 3