[发明专利]利用有限元对功率变换单元磁场辐射发射进行分析的方法

权利要求书

1.一种利用有限元对功率变换单元磁场辐射发射进行分析的方法，所述功率变换单元通过控制功率半导体器件开关动作来实现电能的变换和控制，所述功率变换单元的工作过程包含多个基本换流过程，在结构上形成多个基本换流回路电流路径，其特征在于所述方法包括以下步骤：

步骤1：分析功率变换单元主电路拓扑结构和换流过程，识别功率变换单元的基本换流回路；

步骤2：通过电路分析方法获取各基本换流回路在分析工况下的回路电流波形，对该波形进行频谱分析，获取关注频段范围内回路电流各次谐波的幅值与相位分布；

步骤3：依据各基本换流回路电流的通流路径，建立包括汇流母排、散热器、磁性器件在内的导电导磁器件的功率变换单元磁场三维有限元分析模型，并对包括功率半导体器件，电阻、电容的被动器件进行模型简化与等效；

步骤4：利用有限元分析方法，依次在各关注频点处对基本换流回路模型进行扫频涡流场分析，获取各回路在各频点处的磁场辐射发射矢量分布；

步骤5：对各基本换流回路的磁场辐射发射矢量进行空间矢量叠加，最终获取功率变换单元换流全过程中，高频换流回路在各关注频点处产生的总磁场辐射发射矢量分布。

2.根据权利要求1所述的一种利用有限元对功率变换单元磁场辐射发射进行分析的方法，其特征在于：所述功率变换单元通过控制功率半导体器件开关动作来实现电能的变换和控制，所述功率变换单元包括功率半导体器件、汇流母排、散热器、磁性器件、被动器件，并依据主电路拓扑结构连接起来。

3.根据权利要求1所述的一种利用有限元对功率变换单元磁场辐射发射进行分析的方法，其特征在于：所述功率变换单元的工作过程包含多个基本换流过程，在结构上形成多个基本换流回路电流路径，所述回路电流包含多个频段的高频谐波电流分量。

4.根据权利要求1-3任意一项所述一种利用有限元对功率变换单元磁场辐射发射进行分析的方法，其特征在于：

所述分析方法还包括模型前处理过程：即建立功率变换单元基本换流回路三维有限元模型并进行简化；还包括激励与边界条件的施加：对功率变换单元基本换流回路的换流过程与回路电流进行分析，获取回路电流频谱分布、幅值和相位作为激励源输入有限元模型，并在求解域边界施加辐射边界条件。

5.根据权利要求4所述的一种利用有限元对功率变换单元磁场辐射发射进行分析的方法，其特征在于：

所述分析方法还包括网格剖分：依据功率变换单元模块结构尺度特征设置网格剖分规则，并依据仿真频率对导体表面进行网格加密设置以考虑集肤效应与邻近效应影响，同时对关注区域进行网格加密；还包括仿真分析求解：即利用有限元分析中的涡流场求解器，分别对各基本换流回路模型在各关注频点处进行扫频涡流场分析。

6.根据权利要求5所述的一种利用有限元对功率变换单元磁场辐射发射进行分析的方法，其特征在于：

所述功率变换单元在整个换流过程中包含N组基本换流回路，其中，基本换流回路i在时刻t、空间点O(x,y,z)处产生的磁场辐射发射磁感应强度矢量B_Li(x,y,z,t)可表示为：

B_Li(x,y,z,t)＝B_Li(x,y,z)*cos(2πf*t+θ_i°)(1)

其中，i为不大于N的正整数，θ_i°为该基本换流回路i的回路电流初相位，x,y,z为空间点O的三维坐标，f为关注频点；N为正整数；

依下式，对各基本换流回路的磁场辐射发射矢量进行空间矢量叠加，获取功率变换单元换流全过程中，在关注频点f处产生的总磁场辐射发射磁感应强度矢量B_L(x,y,z,t)：

其中，θ(x,y,z)为空间点O(x,y,z)处总磁感应强度矢量B_L(x,y,z,t)的初相位。