时域有限差分法在车载电子设备电磁兼容设计中的应用研究

论文摘要

随着电气化铁路总里程两万公里的突破和全国铁路的六次大提速的顺利进行，电气化铁路运输已成为我国客运货运的主体，这也标志着我国铁路运输向高速重载的目标又迈进了一大步，同时也带给了我们更多的研究课题，电力机车电子设备电磁兼容问题就是其中一个值得我们注意的重要问题。本文就是在这一前提下，在前人研究的基础上，以110V开关电源电磁兼容设计为对象进行理论和实践的探索。本文的主要工作是应用时域有限差分法(FDTD)来分析解决车载电子设备电磁兼容设计中的电磁辐射问题。文中首先介绍了电磁兼容技术的基本知识、发展现状和对电子设备电磁兼容性的基本要求及相关标准。然后介绍了时域有限差分法的相关知识及发展，主要介绍了基本原理、数值理论和两类主要的吸收边界条件(Mur和PML)。基于对车载电子设备的基本要求和时域有限差分法的基本理论，对电力机车的两类主要电磁辐射因素(电弧和传输线)进行了理论分析，对电力机车110V开关电源的主要电磁辐射来源(印制电路板和开关管)进行了详细的理论分析。在此理论分析的基础上针对所分析的电磁辐射问题提出了合乎实际的解决措施，对主要措施(屏蔽与接地)进行了详细的理论分析，对机车110V开关电源的电磁辐射问题提出了解决措施。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 选题背景
• 1.1.1 电力牵引简介
• 1.1.2 电力机车的电磁特点
• 1.2 电力机车的主要干扰源及其 EMI分析
• 1.3 时域有限差分法的发展及应用
• 1.3.1 时域有限差分法的发展
• 1.3.2 时域有限差分法的特点
• 1.3.3 时域有限差分法的应用
• 1.4 本文课题来源、研究内容和意义
• 第二章 电磁兼容原理
• 2.1 电磁兼容的基本概念
• 2.1.1 电磁兼容性及电磁兼容
• 2.1.2 电磁干扰及其干扰方式
• 2.2 电磁兼容性标准和发展趋势
• 2.2.1 电磁兼容标准化组织机构
• 2.2.2 电磁兼容标准体系
• 2.3 电子设备的电磁兼容设计
• 2.4 电磁兼容性的工程预测分析
• 第三章 时域有限差分法原理概述
• 3.1 FDTD方程
• 3.3.1 有限差分的概念
• 3.3.2 Maxwell方程标量形式
• 3.3.3 FDTD方程
• 3.2 数值理论
• 3.2.1 数值色散问题与空间步长
• 3.2.2 数值稳定条件与时间步长
• 3.3 吸收边界条件
• 3.3.1 Mur吸收边界条件
• 3.3.2 PML吸收边界条件
• 第四章 车载电子设备主要电磁辐射干扰分析
• 4.1 电力机车电器电弧电磁辐射干扰分析
• 4.2 电力机车载流导体电磁辐射干扰分析
• 4.3 电力机车110V开关电源电磁干扰分析
• 4.3.1 开关电源印刷电路板及连接导线的辐射分析
• 4.3.2 导线散射问题分析
• 4.3.3 功率开关管和高频整流二极管等元件的电磁辐射分析
• 第五章 车载电子设备的电磁兼容设计
• 5.1 屏蔽与接地
• 5.1.1 屏蔽理论分析
• 5.1.2 车载电子设备的屏蔽设计
• 5.1.3 车载电子设备的接地
• 5.2 电力机车电器电弧电磁兼容设计
• 5.2.1 弓网系统的电磁兼容设计
• 5.2.2 电力机车内部电弧电磁辐射的处理
• 5.3 机车110V高频开关电源电磁兼容设计
• 5.3.1 印制电路板及导线的EMC设计
• 5.3.2 功率开关管和高频整流二极管的EMC设计
• 第六章 结论与展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士期间发表的论文及科研情况