继电器EFT干扰及其辐射场研究

论文摘要

电快速瞬变脉冲(EFT)干扰是造成测控系统电磁兼容问题的主要干扰源之一,因此研究EFT的产生机理及其辐射场计算对系统的电磁兼容设计具有重要意义。首先,针对电磁继电器断开感性负载瞬间产生EFT干扰这一问题,采用微观电弧理论与传统电路理论相结合的方法分析其产生机理。通过双回路电路模型的建立,解释了EFT瞬态过程中特有的负向电压这一特殊现象。接着,结合电弧理论将瞬态过程分为三个阶段来研究,并利用最小二乘法建立了继电器EFT的瞬态数值模型,通过实测波形和仿真结果的对比验证了该模型的正确性。其次,针对EFT干扰通过线缆向外产生辐射的问题,研究了基于非均匀网格FDTD法计算裸线EFT辐射场的仿真实现方法。并以地回路裸线为例建立了其仿真模型、给出了网格划分方式和算例验证。同时,为考虑实际有耗地环境对辐射场的影响,在上述模型的基础上研究了地参数改变对裸线辐射场的影响。最后,建立了屏蔽电缆的等效电路模型,研究了场路结合的方法计算屏蔽电缆辐射场的仿真实现。其原理是将屏蔽电缆分为内、外两个系统,内系统通过传输线方程的求解获得芯线上的电压电流分布,并通过转移阻抗将内外系统联系起来,外系统则可等效为裸线来计算其辐射场。为解决传统的FDTD法不能直接处理传输线方程中的频变参数问题,研究了通过数值拟合及卷积递推计算对现有FDTD法进行改进,并给出了相关的算例验证。最后,利用场路结合的方法计算了同轴电缆的瞬态辐射场,并通过仿真与实验验证了该方法的正确性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景及研究的目的和意义
• 1.2 瞬态EFT 干扰问题概述
• 1.2.1 瞬态干扰的产生机理及特性
• 1.2.2 瞬态辐射场的计算
• 1.3 国内外研究现状
• 1.3.1 瞬态干扰的产生机理
• 1.3.2 瞬态辐射场的计算
• 1.4 本文主要研究内容
• 第2章 继电器EFT 干扰数值模型的建立
• 2.1 引言
• 2.2 EFT 瞬态干扰的产生机理
• 2.2.1 EFT 瞬态干扰的三个阶段
• 2.2.2 EFT 瞬态干扰产生的条件
• 2.3 EFT 瞬态干扰的数值模型建立
• 2.3.1 最小二乘法数据拟合方法
• 2.3.2 瞬态干扰的数值拟合
• 2.4 实验验证
• 2.4.1 电感对金属弧的影响
• 2.4.2 电感对瞬态击穿区的影响
• 2.5 本章小结
• 第3章 地回路裸线辐射场的计算
• 3.1 引言
• 3.2 非均匀网格FDTD 法
• 3.2.1 非均匀网格FDTD 法的基本方程
• 3.2.2 地回路裸线模型的划分
• 3.2.3 边界条件设置
• 3.3 非均匀网格法求解裸线的瞬态辐射场
• 3.3.1 EFT 瞬态激励源分析
• 3.3.2 正确性验证
• 3.4 地参数对辐射场的影响
• 3.4.1 电导率对辐射场的影响
• 3.4.2 介电常数对辐射场的影响
• 3.4.3 距地高度和地参数对辐射场的影响
• 3.5 本章小结
• 第4章 改进的FDTD 法求解传输线方程
• 4.1 引言
• 4.2 传统的FDTD 法求解传输线方程
• 4.2.1 传输线方程
• 4.2.2 传输线方程中的频变参数
• 4.2.3 传输线方程的FDTD 空间离散
• 4.3 频变参数的数值逼近
• 4.3.1 Pade 数值逼近技术
• 4.3.2 矢量匹配数值逼近技术
• 4.3.3 两种方法的比较
• 4.4 卷积的递推计算
• 4.5 改进的FDTD 法
• 4.5.1 改进的FDTD 时域迭代
• 4.5.2 算例验证
• 4.6 本章小结
• 第5章 屏蔽电缆辐射场的计算
• 5.1 引言
• 5.2 屏蔽电缆
• 5.2.1 管状屏蔽电缆
• 5.2.2 编织屏蔽电缆
• 5.3 屏蔽电缆等效电路模型的FDTD 求解
• 5.3.1 屏蔽电缆的等效电路模型
• 5.3.2 模型的正确性验证
• 5.4 屏蔽电缆辐射场的计算及分析
• 5.4.1 不同屏蔽结构电缆辐射场的计算
• 5.4.2 不同编织结构电缆辐射场的计算
• 5.5 实验验证
• 5.5.1 转移阻抗的对偶性实验
• 5.5.2 实验结果分析
• 5.6 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果
• 致谢