某船用柴油机电控系统电磁兼容优化设计

论文摘要

电控技术的应用极大地提高了柴油机的经济性,改善了排放性能。作为电子设备,电磁兼容性是电控系统必须解决的问题之一,为此,电磁兼容性将是柴油机技术研究的方向之一。本文针对船用柴油机电控系统的特点和电磁环境,研究了各种电磁噪声源及噪声信号的频谱、波形、出现度等特征,运用线性叠加方法,有效地解决了因噪声源复杂,而导致的信号融合难度大的难题。针对某型号柴油机电控系统的结构特点,分析了信号反射机理,建立了串扰模型,研究了线间距、信号流向、信号夹角、介质层厚度等因素与串扰的关系,通过对各因素综合优化有效地抑制了串扰的产生。建立了基于时域全波算法,融合有限辐射边界理论的某船用柴油机电控系统的SIwave模型,对电控系统进行了板级电路的仿真分析。研究谐振形成的机理,通过谐振仿真和S参数计算来定位系统的电压波动过高点,利用添加过孔和零欧姆电阻的方法,优化了电路板的物理结构和RCL结构,有效地降低了电压波动；通过添加耦合电容的方法,有效地解决了因电源分割而导致的信号反射大、信号畸形等问题；通过整板Z参数匹配计算,利用去耦电容消除了同步开关噪声。研究了机壳电磁屏蔽和电磁泄漏的机理,对机壳中存在的孔洞和缝隙进行了模型分析,利用孔洞阵列的方法很好地解决了小孔电磁泄漏问题。现场测试和应用表明,经电磁兼容性优化设计的某船用柴油机电控系统工作可靠、抗电磁干扰能力强、电磁辐射低,具有良好的电磁兼容性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究的背景和意义
• 1.2 船用柴油机电控系统的电磁兼容技术研究现状
• 1.3 论文主要研究内容
• 第2章 电磁兼容基本理论
• 2.1 电磁兼容设计的基本概念
• 2.2 电磁兼容性分析的基本方法
• 2.2.1 场的主要算法
• 2.2.2 电路网络的主要算法
• 2.2.3 构建SIwave数值模型的元素
• 2.3 电磁兼容标准与规范
• 2.3.1 标准与组织
• 2.3.2 船用柴油机电控设备遵循的电磁标准
• 2.4 本章小结
• 第3章 船用柴油机电控系统的电磁噪声分析
• 3.1 静电放电
• 3.2 继电器和开关的噪声
• 3.3 传输线的串扰
• 3.4 电磁信号的特征
• 3.4.1 电磁干扰信号的频谱
• 3.4.2 信号带宽和波形
• 3.4.3 信号幅度和出现度
• 3.5 船用柴油机电控系统电磁噪声叠加
• 3.6 本章小结
• 第4章 电控单元电路电磁兼容性优化
• 4.1 单元电路电磁噪声
• 4.2 信号反射模型
• 4.3 电控系统单元电路优化
• 4.3.1 串扰的优化处理
• 4.3.2 布线电磁兼容设计
• 4.3.3 元件布局电磁兼容性设计
• 4.3.4 整板电磁工程控制
• 4.4 本章小结
• 第5章 船用柴油机电控系统整板电磁兼容性优化
• 5.1 SIwave 3.0电磁全波数学基础
• 5.2 电控系统板级电磁兼容性优化
• 5.2.1 计算的前处理
• 5.2.2 电控系统裸板谐振及S参数计算
• 5.2.3 船用柴油机电控系统的SIwave模型
• 5.2.4 电控系统的电磁噪声
• 5.2.5 电控系统电磁兼容性优化
• 5.3 本章小结
• 第6章 船用柴油机电控系统机体设计
• 6.1 电磁屏蔽的基本理论
• 6.1.1 缝隙天线模型
• 6.1.2 孔洞的辐射源模型
• 6.1.3 等效磁偶极子的辐射模型
• 6.2 设备外壳的设计
• 6.2.1 材料的选择
• 6.2.2 缝隙和孔洞电磁辐射的处理
• 6.2.3 穿过壳体电缆的处理方法
• 6.3 本章小结
• 第7章 船用柴油机电控系统整机电磁测试
• 7.1 电磁兼容测试基本内容
• 7.2 船用柴油机电控系统的型式测试
• 7.3 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果
• 致谢
• 附录