電機(jī)及其驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)低頻電磁EMIEMC分析課件

1、電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)低頻電磁EMI/EMC分析用仿真手段分析系統(tǒng)性能系統(tǒng)用真實(shí)系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)用真實(shí)系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型實(shí)驗(yàn)Simulation分析/預(yù)估性能提升性能降低風(fēng)險(xiǎn)用真實(shí)系統(tǒng)的物理樣機(jī)實(shí)驗(yàn)解析法仿真盡早解決問題十分必要110102103104概念設(shè)計(jì)產(chǎn)品市場(chǎng)階段成本措施解決設(shè)計(jì)問題措施、成本與產(chǎn)品的開發(fā)過程的關(guān)系解決設(shè)計(jì)問題的成本隨著開發(fā)過程的呈指數(shù)級(jí)增長(zhǎng)越早發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)問題，解決方法就越多若后期才發(fā)現(xiàn)問題，解決的措施就大大減少，難度也會(huì)大很多基于虛擬原型的仿真，是在早期發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)問題、研究解決措施的最佳手段參考文獻(xiàn)：朱立文，電磁兼容設(shè)計(jì)與整改對(duì)策及案例分析，北京：電子工業(yè)出版社，2012為什么要采用CAE 波音

2、777汽車工業(yè)推動(dòng)創(chuàng)新提升性能節(jié)省成本降低風(fēng)險(xiǎn)NASA火星探測(cè)器中國(guó)制造2025：綠色制造/智能制造.中國(guó)制造2025 綠色制造+智能制造控制系統(tǒng)電子化：電機(jī)數(shù)量增加35%以上（動(dòng)力控制、遙控門鎖、智能鑰匙、碰撞警告、安全制動(dòng)）；高電壓技術(shù)：42V技術(shù)、提高效率、電機(jī)的功率等級(jí)提高，400V電池組；系統(tǒng)集成度更高：定速巡航、衛(wèi)星導(dǎo)航、智能交通、無人駕駛等；機(jī)械/液壓驅(qū)動(dòng)電驅(qū)動(dòng)電子化目錄1電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)低頻EMI/EMC分析面臨的問題2ANSYS電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)EMI/EMC分析流程3ANSYS電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)EMI/EMC分析案例4交流與討論EMI/EMC分析流程復(fù)雜 時(shí)域波形 頻域波形 場(chǎng)圖電磁干擾三要素干

3、擾源耦合路徑被干擾體干擾源定位/處理方法繁雜參考文獻(xiàn)：“EMC ANALYSIS METHODS AND COMPUTATIONAL MODELS” Frederick M. Tesche, Michel V. 1997 p34-36EMI干擾源抗干擾能力傳導(dǎo)噪聲電感噪聲電容噪聲輻射噪聲傳導(dǎo)路徑空間路徑高頻低頻三維空間沒有輻射電磁分析軟件電路仿真電磁場(chǎng)仿真分析軟件眾多/難以取舍ANSYS標(biāo)桿部件建模工具：具有業(yè)界標(biāo)桿電磁場(chǎng)分析工具，多種算法可保證不同仿真對(duì)象的仿真精度；層次建模能力：具有系統(tǒng)級(jí)、電路級(jí)與物理原型級(jí)模型建模與集成仿真分析能力；協(xié)同仿真能力：電路與電磁場(chǎng)仿真工具可實(shí)現(xiàn)協(xié)同仿真分析，

4、實(shí)現(xiàn)最高級(jí)別的仿真分析；完備的設(shè)計(jì)流程：依據(jù)不同的分析對(duì)象和具體問題，可實(shí)現(xiàn)多層次分析，具有完備的設(shè)計(jì)流程。優(yōu)勢(shì)：速度快、適合電路/系統(tǒng)級(jí)仿真分析劣勢(shì)：缺少物理原型系統(tǒng)仿真與集成能力優(yōu)勢(shì)：精度高、適合精確計(jì)算對(duì)象特定電磁特性劣勢(shì)：缺少與電路/系統(tǒng)集成仿真分析能力目錄1電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)低頻EMI/EMC分析面臨的問題2ANSYS電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)EMI/EMC分析流程3ANSYS電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)EMI/EMC分析案例4交流與討論黑盒子數(shù)據(jù)全面性：不具備系統(tǒng)內(nèi)的主要設(shè)備和部件數(shù)據(jù)；仿真目的：快速驗(yàn)證結(jié)論研究設(shè)計(jì)規(guī)則灰盒子數(shù)據(jù)全面性：具備系統(tǒng)內(nèi)的部分?jǐn)?shù)據(jù)，如關(guān)鍵線纜布局、設(shè)備機(jī)箱結(jié)構(gòu)；仿真目的：關(guān)鍵部件的電磁兼容性分析

5、；系統(tǒng)具體電磁兼容性問題的分析與定位；研究設(shè)計(jì)規(guī)則白盒子數(shù)據(jù)全面性：具備系統(tǒng)內(nèi)的所有影響電性能的設(shè)備、部件和互連結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)；仿真目的：全面分析和預(yù)測(cè)系統(tǒng)電磁兼容性；搭建系統(tǒng)電磁兼容性設(shè)計(jì)流程；研究設(shè)計(jì)規(guī)則針對(duì)不同的問題與不同的研究對(duì)象需要采用不同的仿真方法。EMC仿真層次定位示例：器件型號(hào)多15家公司、54種有源/無源器件！示例：器件精度差異影響仿真結(jié)果SpiceVHDL 示例：不同精度器件適合仿真領(lǐng)域不同最快的仿真速度精確的靜態(tài)特性精確的靜態(tài)熱網(wǎng)絡(luò)模型電壓與電流的瞬態(tài)特性不考慮適合系統(tǒng)級(jí)的仿真分析靜態(tài)特性模型動(dòng)態(tài)特性模型最高的仿真精度:最高精度級(jí)別的器件級(jí)模型精確的靜態(tài)、動(dòng)態(tài)與熱特性精確的電

6、壓與電流瞬態(tài)特性波形適合驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)桉樹分析，EMI/EMC分析開通關(guān)斷高級(jí)動(dòng)態(tài)模型基本動(dòng)態(tài)模型示例：不同精度模型仿真結(jié)果差異示例結(jié)論：器件精度影響EMC仿真高級(jí)動(dòng)態(tài)模型+封裝寄生參數(shù)提?。洪_通/關(guān)斷特性做減法驅(qū)動(dòng)單元（驅(qū)動(dòng)信號(hào)功率放大，傳感器信號(hào)采集及隔離輸出，故障信號(hào)隔離輸出）控制單元單元（控制邏輯和算法）關(guān)鍵器件IGBT采用物理原型模型；添加Lisn網(wǎng)絡(luò)（CISPR 25標(biāo)準(zhǔn)）；添加Prius IPM有限元模型；提取電源母線與電機(jī)線纜寄生參數(shù)；提取IGBT母排寄生參數(shù)；二極管/三極管/運(yùn)放等采用基本模型；控制算法和邏輯通過狀態(tài)機(jī)搭建；驅(qū)動(dòng)信號(hào)由三角波與正弦波比較得到；簡(jiǎn)化機(jī)箱仿真分析模型。精

7、簡(jiǎn)后的電氣結(jié)構(gòu)框圖目的：精度與速度得到平衡！精度速度從部件設(shè)計(jì)開始抑制干擾Infineon : FZ600R12KE3專業(yè)IGBT開關(guān)器件物理原型建模工具，可生成物理原型級(jí)IGBT模型參數(shù)提取工具輸出特性曲線Vce-Ic數(shù)據(jù)手冊(cè)開關(guān)器件物理原型建模即使器件工作在100Mhz，電場(chǎng)也主要分布在器件周圍；器件功率較高，由此造成了距離器件很遠(yuǎn)的地方電場(chǎng)強(qiáng)度依然很高；經(jīng)過優(yōu)化設(shè)計(jì)和分析，當(dāng)前模型在110MHz工況下，工作情況良好。電場(chǎng)強(qiáng)度在100MHz示例：開關(guān)器件開關(guān)過程電磁輻射線纜電流密度等由于“集膚效應(yīng)”與“鄰近效應(yīng)”的影響分布明顯不均勻；通過Q3D可提取模型在不同頻率下的RL/CG矩陣，替換掉

8、理想線纜模型。線纜寄生參數(shù)提取母排表面電流由于“集膚效應(yīng)”與“鄰近效應(yīng)”的影響，明顯分布不均勻；通過Q3D可提取模型在不同頻率下的RL/CG矩陣，替換掉理想模型的走線。母排寄生參數(shù)提取有限元仿真分析模型理想電路模型磁路法模型ECE模型執(zhí)行機(jī)構(gòu)物理原型建模精度提升傳導(dǎo)仿真分析流程Q3D互連通道寄生參數(shù)線纜/PCBSimplorer功率電子與電路系統(tǒng)與傳導(dǎo)干擾分析 Maxwell 電感、變壓器精確電磁性能分析、 參數(shù)計(jì)算和降價(jià)模型提取場(chǎng)路協(xié)同PExprt電感、變壓器快速設(shè)計(jì)和方案優(yōu)選場(chǎng)路協(xié)同模型動(dòng)態(tài)鏈接在設(shè)計(jì)流程早期引入EMI/EMC分析目錄1電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)低頻EMI/EMC分析面臨的問題2ANSYS

9、電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)EMI/EMC分析流程3ANSYS電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)EMI/EMC分析案例4交流與討論“東芝公司”2014年共享版膠片.pdf總結(jié)關(guān)鍵部件工程化分析能力：ANSYS具有電機(jī)及其驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)低頻電磁EMIEMC仿真分析需要用到的關(guān)鍵部件工程化分析能力，如IGBT、電機(jī)、線纜、母排等。部件與系統(tǒng)層次化集成能力：針對(duì)不同層次的EMC分析問題，以部件工程化分析為基礎(chǔ)，ANSYS可提供層次化的部件與系統(tǒng)集成能力，可針對(duì)性的解決EMC分析面臨的“黑盒子-灰盒子-白盒子”問題。無縫集成與拓展能力：變流器EMC仿真分析工具可與現(xiàn)代企業(yè)現(xiàn)有仿真能力無縫集成，可有效降低軟件重復(fù)采購風(fēng)險(xiǎn)，降低工程師使用門檻，提高軟件的利用率。本地化與專家技術(shù)支持：ANSYS具有層次化、專職技術(shù)支持團(tuán)