1.一种高铁牵引系统的有级调控抑制频带EMI滤波器设计方法,其特征在于,按照以下步骤实施:步骤1,测取高铁动车组发射的实际电磁干扰频谱,
使用电磁干扰接收机和有源环形天线对高铁动车组整车进行发射射频测试,测试结果有2条曲线,即差模干扰曲线及共模干扰曲线;
步骤2,根据国家标准要求确定高铁动车组整车电磁干扰的限制线;
步骤3,确定典型频谱点的频率,
将高铁动车组发射的电磁干扰频段9kHz‑30MHz分为三段,分别是:低频段为9kHz‑1MHz不包含1MHz,中频段为1MHz‑10MHz不包含10MHz,高频段为10MHz‑30MHz,在低频段、中频段和高频段分别选取典型频谱点n1个;
步骤4,确定有级调控抑制频带EMI滤波器的滤波开关电容组数n;
步骤5,确定典型频谱点处的实际频谱点干扰值ASJ_DM(i)或ASJ_CM(i),根据步骤1测取高铁动车组发射的实际电磁干扰频谱,以及在步骤3中确定的典型频谱点处,取实际频谱点的干扰值,如果是差模用ASJ_DM(i)表示,如果是共模用ASJ_CM(i)表示;
步骤6,计算典型频谱点的频谱差值AC_DM(i)或AC_CM(i),根据步骤3中确定的典型频谱点,将每个典型频谱点对应的电磁干扰幅值和步骤2所确定的电磁干扰的限制线进行差值计算,ΔA(i)表示典型频谱点i处的频谱差值,如果是差模用AC_DM(i)表示,如果是共模用AC_CM(i)表示;
步骤7,根据典型频谱点的频谱差值AC_DM(i)或AC_CM(i)确定典型频谱点对应的裕量插入损耗ILY_DM(i)或者ILY_CM(i),裕量插入损耗ILY_DM(i)、ILY_CM(i)分别表示典型频谱点i的差模裕量插入损耗值、共模裕量插入损耗值;
步骤8,确定高铁动车组EMI拟抑制效果频谱线及拟抑制效果频谱点干扰值AN_DM(i)及AN_CM(i),在高铁动车组EMI拟抑制效果频谱线上,在步骤3中确定的典型频谱点处取拟抑制效果频谱点干扰值,如果是差模用AN_DM(i)表示,如果是共模用AN_CM(i)表示;
步骤9,确定有级调控抑制频带EMI滤波器的典型频谱点的实际差模插入损耗值ILDM(i)及实际共模插入损耗值ILCM(i),滤波器的实际差模插入损耗值的计算公式为:
ILDM(i)=ASJ_DM(i)‑AN_DM(i)+ILY_DM(i)其中,ASJ_DM(i)为典型频谱点的实际差模频谱点干扰值;AN_DM(i)为拟抑制效果频谱点的差模干扰值;ILY_DM(i)为典型频谱点的差模裕量插入损耗值,滤波器的实际共模插入损耗值的计算公式为:
ILCM(i)=ASJ_CM(i)‑AN_CM(i)+ILY_CM(i)其中,ASJ_CM(i)为典型频谱点的实际共模频谱点干扰值;AN_CM(i)为拟抑制效果频谱点的共模干扰值;ILY_CM(i)为典型频谱点的共模裕量插入损耗值;
步骤10,确定有级调控抑制频带EMI滤波器的差模电感Ldm,
差模电感选取公式是:
式中,ΔU为设备允许的最大电源压降,f为50Hz的工频;I为设备的额定工作电流;根据上述参数能够确定差模电感Ldm的值;
步骤11,测取有级调控抑制频带EMI滤波器差模电感的内阻RDM_L,根据步骤10所选取的差模电感Ldm,用LCR测试仪器测量其内阻值RDM_L;
步骤12,确定有级调控抑制频带EMI滤波器差模插入损耗计算电阻RDM,使用阻抗测量仪对接入滤波器左侧干扰源差模电感量进行测取,测取电感量用LDM_S表示,使用阻抗测量仪对接入滤波器左侧干扰源差模电阻量进行测取,测取电阻量用RDM_S表示,则,有级调控抑制频带EMI滤波器差模插入损耗计算电阻为:
RDM=RDM_S+RDM_L;
步骤13,获取有级调控抑制频带EMI滤波器的差模电容Cdm(i),Cdm(i)表示的开关电容组i的差模电容值,差模插入损耗ILDM(i)的计算公式为:其中,RDM为差模插入损耗计算电阻;Ldm为差模电感;ω为角频率;
根据步骤9、步骤10、步骤12所获取的实际插入损耗值ILDM(i)、差模电感Ldm、差模插入损耗计算电阻RDM,带入差模插入损耗ILDM(i)的计算公式计算出差模电容Cdm(i)的数值;
步骤14,确定有级调控抑制频带EMI滤波器的共模电感Lcm,
使用阻抗测量仪对接入滤波器左侧干扰源共模电感量进行测取,测取电感量用LCM_S表示,使用阻抗测量仪对接入滤波器左侧干扰源共模电阻量进行测取,测取电阻量用RCM_S表示;
步骤15,测取有级调控抑制频带EMI滤波器共模电感的内阻值RCM_L,根据步骤14所选取的共模电感Lcm,用LCR测试仪器测量其内阻值RCM_L;
步骤16,计算有级调控抑制频带EMI滤波器共模插入损耗计算电阻RCM,共模插入损耗计算电阻表达式为:RCM=RCM_S+RCM_L;
步骤17,确定有级调控抑制频带EMI滤波器的共模等效电容Ccmeq(i),共模等效电容Ccmeq(i)表示开关电容组i的共模等效电容值,共模插入损耗ILCM(i)的计算公式为:其中,RCM为共模插入损耗计算电阻;Lcm为共模电感;ω为角频率;
根据步骤13、步骤14、步骤15所获取的参数实际插入损耗值ILCM(i)、共模电感Lcm、共模插入损耗计算电阻RCM带入共模插入损耗ILCM(i)的计算公式得出共模等效电容Ccmeq(i)的数值;
步骤18,确定有级调控抑制频带EMI滤波器的共模电容Ccm(i),Ccm(i)表示的开关电容组i的共模电容值,根据步骤17得到的共模等效电容Ccmeq(i)的数值,得到开关电容组i中两个相等容值的共模电容Ccm(i),将Ccmeq(i)的容值除以2,即得到开关电容组i的共模电容值。
2.根据权利要求1所述的高铁牵引系统的有级调控抑制频带EMI滤波器设计方法,其特征在于:所述的高铁牵引系统有级调控抑制频带EMI滤波器的结构是,包括接入设备的三条输入线,三条输入线分别为L线(1)、N线(2)及PE线(3),L线(1)上设置有差模电感一(4),N线(2)上设置有差模电感二(5),L线(1)和N线(2)之间连接有共模扼流圈(6),差模电感一(4)和差模电感二(5)以及共模扼流圈(6)的电感值保持不变;共模扼流圈(6)的上输出端和下输出端共同与PE线(3)之间接入n组共模电容组,每个共模电容组中包括两个共模电容和一个开关;共模扼流圈(6)的上输出端和下输出端接入n组差模电容组,每个差模电容组中包括一个差模电容和一个开关;每个共模电容组与一个差模电容组称为一个开关电容组,根据需要设置有N个开关电容组;
所述的N个开关电容组中,开关电容组一(17)中,L线(1)通过差模电容一(7)及差模电容开关一(8)与N线(2)连接;PE线(3)与共模电容开关一(10)连接,共模电容开关一(10)另一端同时连接有共模电容一(9)和共模电容二(11),共模电容一(9)另一端接入N线(2),共模电容二(11)另一端接入L线(1);
以此类推,滤波器的开关电容组N(18)中,L线(1)通过差模电容二(12)及差模电容开关二(13)与N线(2)连接;PE线(3)与共模电容开关二(15)连接,共模电容开关二(15)的另一端同时连接有共模电容三(14)和共模电容四(16),共模电容三(14)另一端接入N线(2),共模电容四(16)另一端接入L线(1)。
3.根据权利要求1所述的高铁牵引系统的有级调控抑制频带EMI滤波器设计方法,其特征在于,所述的步骤1中,具体测试方法为,在距离轨道10m远处放置有源环形天线,有源环形天线的圆环面与铁轨平行放置,高铁动车组在经过时,有源环形天线接收电磁干扰辐射信号并传输给电磁干扰接收机,再从电磁干扰接收机中得到具体的电磁干扰频谱曲线。
4.根据权利要求1所述的高铁牵引系统的有级调控抑制频带EMI滤波器设计方法,其特征在于,所述的步骤2中,根据国标GB/T 24338.3‑‑2009《轨道交通电磁兼容第3‑1部分:机车车辆列车和整车》所要求的不同频段的电磁干扰限制线,即国标线,确定高铁动车组整车电磁干扰发射的限制线。
5.根据权利要求1所述的高铁牵引系统的有级调控抑制频带EMI滤波器设计方法,其特征在于,所述的步骤4中,开关电容组数n选择3的倍数,需要保证低频段、中频段和高频段三段均有滤波效果,开关电容组数n是每个频段选取典型频谱点n1的3倍。