Simulation von Modulatoren mit Pulskabeln unter besonderer ...
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Simulation von Modulatoren mit Simulation von Modulatoren mit Pulskabeln unter besonderer Beachtung des Pulskabeln unter besonderer Beachtung des EMV EMV - - Verhaltens Verhaltens von Narcisse Ngada Betreuer: Hans-Jörg Eckoldt 10. Juli 2006
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Simulation von Modulatoren mit Simulation von Modulatoren mit Pulskabeln unter besonderer Beachtung des Pulskabeln unter besonderer Beachtung des
EMVEMV--VerhaltensVerhaltens
von
Narcisse Ngada
Betreuer: Hans-Jörg Eckoldt
10. Juli 2006
ÜbersichtÜbersichtMotivationMotivationErgebnisseErgebnisseZusammenfassungZusammenfassung
ÜbersichtÜbersicht
MotivationMotivation
Simulationsergebnisse Simulationsergebnisse
Zusammenfassung Zusammenfassung
ÜbersichtÜbersichtMotivationMotivationErgebnisseErgebnisseZusammenfassungZusammenfassung
Motivation der Arbeit
Erstellung eines erweiterten Kabelmodells mithilfe eines FE-Simulationsprogramms
Erstellte Modelle in das Simulationsmodell der Anlage einpflegen
Untersuchung der Stromverdrängung in das Kabelmodell
Untersuchung der Streuimpedanzen in das Simulationsmodell
Mittels den Ergebnissen Lösungen erarbeiten um den Aufbau desModutalors mit Pulskabeln zu optimieren
ÜbersichtÜbersichtMotivationMotivationErgebnisseErgebnisseZusammenfassungZusammenfassung
Motivation der Arbeit
ÜbersichtÜbersichtMotivationMotivationErgebnisseErgebnisseZusammenfassungZusammenfassung
Motivation der Arbeit
Erstellung eines erweiterten Kabelmodells mithilfe eines FE-Simulationsprogramms
Erstellte Modelle in das Simulationsmodell der Anlage einpflegen
Untersuchung der Stromverdrängung in das Kabelmodell
Untersuchung der Streuimpedanzen in das Simulationsmodell
Mittels den Ergebnissen Lösungen erarbeiten um den Aufbau desModutalors mit Pulskabeln zu optimieren
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Das Kabelmodell mit „HFSS“Simulationsmodell des TestaufbausStreuimpedanzen in das SimulationsmodellSimulationen mit „MAXWELL 2D“Zusammenfassung
Modellbildung des Pulskabels mit „HFSS“
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Das Kabelmodell mit „HFSS“Simulationsmodell des TestaufbausStreuimpedanzen in das SimulationsmodellSimulationen mit „MAXWELL 2D“Zusammenfassung
Charakteristische Impedanzen des Kabelmodells aus „HFSS“
Bei f = 10 KHz wurde zwischen Innen-/Außenleiter Z0 = 28 Ω gemessen
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Das Kabelmodell mit „HFSS“Simulationsmodell des TestaufbausStreuimpedanzen in das SimulationsmodellSimulationen mit „MAXWELL 2D“Zusammenfassung
Charakteristische Impedanzen des Kabelmodells aus „HFSS“
Bei f = 10 KHz ist zwischen Innen-/Außenleiter Z0 = 24 Ω
In niedrigen Frequenzbereich weichen die simulierten Werte für Z0 von den gemessenen ab
Ab ca. 200 KHz war kein Unterschied mehr zwischen den simulierten Werten und den gerechneten Werten von Z0 zu sehen
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Das Kabelmodell mit „HFSS“Simulationsmodell des TestaufbausStreuimpedanzen in das SimulationsmodellSimulationen mit „MAXWELL 2D“Zusammenfassung
Erstellte Modelle in das Simulationsmodell der Anlage
Simulationsmodell mit dem Kabelmodell aus „HFSS“
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Erstellte Modelle in das Simulationsmodell der Anlage
Simulationsmodell mit den „Transmissionline“ aus „Simplorer“
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Das Kabelmodell mit „HFSS“Simulationsmodell des TestaufbausStreuimpedanzen in das SimulationsmodellSimulationen mit „MAXWELL 2D“Zusammenfassung
Vergleich zwischen den Kabelmodelle aus „HFSS“ und „Simplorer“
VM1(HFSS) um ca. 2µs schneller als VM1(TLOSSY)
Mathematische Schwingung am Anfang und am Ende des Pulses bei „HFSS“
Ca. 200 V unterschied zwischen den Spannungen
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Das Kabelmodell mit „HFSS“Simulationsmodell des TestaufbausStreuimpedanzen in das SimulationsmodellSimulationen mit „MAXWELL 2D“Zusammenfassung
Vergleich zwischen den Kabelmodelle aus „HFSS“ und „Simplorer“
Ca. 30 A unterschied zwischen den Strömen
Weitere Simulationen wurden Weitere Simulationen wurden hauptsätzlichhauptsätzlich mit „mit „SimplorerSimplorer“ durchgeführt“ durchgeführt
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Das Kabelmodell mit „HFSS“Simulationsmodell des TestaufbausStreuimpedanzen in das SimulationsmodellSimulationen mit „MAXWELL 2D“Zusammenfassung
Erstellte Modelle in das Simulationsmodell der Anlage
Simulationsmodell mit den „Transmissionline“ aus „Simplorer“
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Streuimpedanzen in das Simulationsmodell des Testaufbaus
Störquellen in das Simulationsmodell der Anlage mit vier Kabeln
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Störeinfluss der Streuinduktivität L4(10 µH)
L4 Schwingt bei ca. 79 KHz mit C4 nach den Öffnen des Schalters „S1“
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Störeinfluss der Streukapazität C8 (5 µF)
C8 Schwingt bei ca. 11 KHz mit (L4 +L6)
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Störeinfluss der Streukapazität C10 (5 µF)
C10 schwingt bei ca. 16 KHz mit (L4+L6)
(C10+C2) schwingen bei ca. 58 KHz mit (L4+L6)
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Das Kabelmodell mit „HFSS“Simulationsmodell des TestaufbausStreuimpedanzen in das SimulationsmodellSimulationen mit „MAXWELL 2D“Zusammenfassung
Fast alle Schwingungen sind durch das Pulskabel übertragen
Die meisten wirksamen Streuimpedanzen entstehen am Modulatorbereich
Die Werte der Streuimpedanzen wurden für die Simulation hoher festgelegt
Gemessene Streuimpedanzen am Modulatorbereich:
Kapazitäten: In Nanobereich (bis 45 nF)Induktivitäten: In Mikrobereich (bis 2.5 µH)
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Simulation des Skineffekts
Bei 10 KHzδ ≈ 0.8 mm
Mit Stromkompensierung: I = 420 A
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Simulation des Skineffektsohne Stromkompensierung: IDiff = 20 A
f = 5 Hz
f = 10 KHz
Stromdichte im Schirm Stromdichte in der Pritsche
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Simulation des Proximityeffekts
J
f = 5 Hz
J
f = 10 KHz
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Simulation der Abschirmwirkung des Außenleiters
ESB der realen Anlagen bei hohen Frequenzen
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Simulation der Abschirmwirkung des Außenleiters
Eckfrequenz von Eckfrequenz von ωωc c ≈ 2≈ 2ΠΠf ≈ 1256.6 Hzf ≈ 1256.6 Hz
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Das Kabelmodell mit „HFSS“Simulationsmodell des TestaufbausStreuimpedanzen in das SimulationsmodellSimulationen mit „MAXWELL 2D“Zusammenfassung
Simulation der Abschirmwirkung einer Kupferfolie in der Pritsche
- f = 10 KHz- Dicke der Folie: 0,3 mm- IDiff = 100 A
Keine Strom mehr unten in der Pritsche zu sehenKeine Strom mehr unten in der Pritsche zu sehen
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Das Kabelmodell mit „HFSS“Simulationsmodell des TestaufbausStreuimpedanzen in das SimulationsmodellSimulationen mit „MAXWELL 2D“Zusammenfassung
Simulation der Abschirmwirkung des Außenleiters aus Kupferlitze
- f = 10 KHz- Breite der Freiraum: ca. 1,32 mm- IDiff = 100 A
Stromdichte um ca. 18 % groStromdichte um ca. 18 % großßerer
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Zusammenfassung und OutlookZusammenfassung und Outlook
Der Skineffekt ist relevant. Er erhöht die Ohmsche Verluste vor allem in dem Innenleiter des Hochspannungspulskabels.
Der Proximityeffekt verursacht kein bemerkbares Störfeld: man kann die Kabel problemlos dicht nebeneinander liegen.
Die Abschirmung des Außenleiters hängt von der Eckfrequenz ab.
Der geometrische Anbau des Außenleiters des Hochspannungspulskabels ruft kein bemerkbares Störfeld in oder aus dem Hochspannungspulskabel hervor.
ÜbersichtÜbersichtMotivationMotivationErgebnisseErgebnisseZusammenfassungZusammenfassung
Zusammenfassung und OutlookZusammenfassung und Outlook
Die Kapazitätsbeläge des Hochspannungspulskabels können mit Streuinduktivitäten aus dem Modulatorbereich schwingen und Störfelder verursachen.
Das Anlegen einer Kupferfolie in der Kabelpritsche aus Aluminium kann die Abstrahlung des Störfelds außerhalb des Hochspannungspulskabelssehr gut dämpfen.
Die Streuimpedanzen am Modulator verursachen Störfrequenzen im Modulatorbereich, diese Frequenzen sind am meisten durch das Pulskabel ungedämpft übertragen.
Zum Schluss haben Messungen in der Testaufbau gezeigt, dass die andereStörfrequenzen am meisten Gleichtaktstörungen sind, die zwischen einzelnenSignaladern und der Masse auftreten.
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Vielen Dank
