無(wú)源器件高頻特性研究

王穎麗，白巖峰，楊霞（天津渤海職業(yè)技術(shù)學(xué)院，天津300400）

無(wú)源器件高頻特性研究

王穎麗，白巖峰，楊霞
（天津渤海職業(yè)技術(shù)學(xué)院，天津300400）

電阻、電容、電感是電力電子裝置中最常見(jiàn)的無(wú)源器件。但是在高頻情況下，無(wú)源器件的高頻特性與其理想特性有所不同。提出通過(guò)WK6500B精密阻抗分析儀對(duì)其進(jìn)行測(cè)量來(lái)研究無(wú)源器件的高頻特性。

電阻;電容;電感; WK6500B;無(wú)源器件;高頻特性

電力電子領(lǐng)域開(kāi)關(guān)頻率持續(xù)提高，導(dǎo)致線路中的電壓和電流變化率的不斷增大，以至于在高頻情況下，電阻不再是理想電阻，電感不再是理想電感，電容也不再是理想電容，都帶有高頻寄生參數(shù)。這些高頻寄生參數(shù)會(huì)嚴(yán)重影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性，所以在進(jìn)行電路設(shè)計(jì)時(shí)要充分考慮到她的這些高頻寄生參數(shù)。從各國(guó)應(yīng)用無(wú)源器件的情況來(lái)看，除了電站、石油、食品等行業(yè)的過(guò)程測(cè)量和控制外，還廣泛應(yīng)用于化工領(lǐng)域的五大應(yīng)用系統(tǒng)：鹵素測(cè)量、過(guò)濾測(cè)量、色度和濃度測(cè)量、冷凝器和泠凝水測(cè)量、相位分離。

本文選取典型的無(wú)源器件，通過(guò)WK6500B精密阻抗分析儀對(duì)其進(jìn)行精密測(cè)量來(lái)研究無(wú)源器件的高頻寄生參數(shù)。通過(guò)測(cè)量得出的幅頻特性曲線來(lái)研究不同的無(wú)源器件的高頻特性，本文將對(duì)其進(jìn)行展開(kāi)介紹。

1電阻元件高頻特性

電阻在高頻情況下，就會(huì)有雜散參數(shù)的存在，不單單是只有電阻特性，還會(huì)存在電抗特性（寄生電感、寄生電容）。寄生電感、寄生電容參數(shù)會(huì)隨著電阻的材料屬性而變化。實(shí)際電阻的高頻特性如圖1所示。

圖1 實(shí)際電阻高頻特性

從圖1（a）圖可知，Cpar、Llead分別為實(shí)際電阻的寄生電容和寄生電感。當(dāng)直流通過(guò)實(shí)際電阻時(shí)，實(shí)際電阻呈現(xiàn)阻性；當(dāng)頻率慢慢增大時(shí)，當(dāng)頻率在f1與f2之間時(shí)，寄生電容起主要作用；當(dāng)頻率大于f2時(shí)，寄生電感起主要作用。轉(zhuǎn)折頻率為f1與f2。

本文選用阻值20Ω的繞線式電阻，利用WK6500B精密阻抗分析儀對(duì)其進(jìn)行測(cè)量，電阻的幅相頻特性曲線如2所示。

從圖2可以讀出f1與f2兩個(gè)轉(zhuǎn)折頻率，電阻在小于1MHz之前基本是呈現(xiàn)純電阻的特性；在1MHz與15MHz之間電阻呈現(xiàn)電容特性；在頻率高于15MHz之后電阻基本上呈現(xiàn)感性；基本上與上述分析一致。

圖2 電阻幅相頻特性曲線

2電容元件高頻特性

在電力電子系統(tǒng)中，電容器的主要作用是去耦、儲(chǔ)能、隔直平波等，所以電容器也是電力電子電路中常用的元件[1]。實(shí)際電容在高頻情況下，就會(huì)有雜散參數(shù)的存在（寄生電感、寄生電阻）。寄生電感、寄生電阻參數(shù)會(huì)隨著電容的材料屬性而變化。實(shí)際電容的高頻特性如圖3所示。

圖3 實(shí)際電容高頻特性

從圖3（a）圖可知，Rpar、Llead分別為實(shí)際電容的寄生電阻和寄生電感。當(dāng)直流通過(guò)實(shí)際的電容時(shí)，實(shí)際電容相當(dāng)于開(kāi)路。當(dāng)頻率慢慢增大時(shí)，寄生電阻起主要作用；在頻率大于f0后，寄生電感起主要作用。電容的有效工作頻率范圍在諧振頻率f0以下。轉(zhuǎn)折頻率為f0。

本文選用的是電容值為4700uF的鋁電解電容[2]。利用精密阻抗分析儀對(duì)其進(jìn)行測(cè)量，電容的幅相頻特性曲線如圖4所示。

從圖4可以讀出串聯(lián)諧振頻率f0[3]，電容在小于10KHz之前基本是呈現(xiàn)純電容的特性；隨著頻率慢慢增大，實(shí)際電容開(kāi)始呈現(xiàn)感性，轉(zhuǎn)折頻率為10KHz基本上與上述分析一致。

3電感元件高頻特性

電感是PWM整流系統(tǒng)中常用的元件，但是在實(shí)際應(yīng)用中電感器也是非理想的[4]。實(shí)際電感在高頻情況下，會(huì)存在寄生電容、寄生電阻參數(shù)。寄生電容、寄生電阻參數(shù)會(huì)隨著電感的材料屬性而變化。實(shí)際電感的高頻特性如圖5所示。

圖4 電容幅相頻特性曲線

圖5 實(shí)際電感高頻特性

從圖5（a）圖可知，Rpar、Cpar分別為實(shí)際電感的寄生電阻和寄生電容。當(dāng)直流通過(guò)實(shí)際電感時(shí)，實(shí)際電感呈現(xiàn)阻性，高頻情況下可忽略不計(jì)。當(dāng)頻率在f1與f2之間時(shí)，實(shí)際電感呈現(xiàn)電感特性；當(dāng)頻率大于f2時(shí)，實(shí)際電感呈現(xiàn)電容特性。實(shí)際電感的轉(zhuǎn)折頻率f1與f2之間的頻率范圍為有效濾波范圍。轉(zhuǎn)折頻率為f1與f2。

本文用電感值為3mH的磁性磁芯的電感[5]。利用WK6500B精密阻抗分析儀對(duì)其進(jìn)行測(cè)量，電感的阻抗特性曲線如圖6所示。

從圖6可以讀出f1與f2兩個(gè)轉(zhuǎn)折頻率，電感在小于1KHz之前基本是呈現(xiàn)純電阻的特性；在1KHz與500KHz之間電感呈現(xiàn)電感特性；在頻率高于500KHz之后電感基本上呈現(xiàn)容性；基本上與上述分析一致。

綜上所述，無(wú)源器件電阻、電容、電感在高頻情況下存在寄生參數(shù)，通過(guò)WK6500B精密阻抗分析儀對(duì)其進(jìn)行測(cè)量，所得結(jié)論與分析一致，充分驗(yàn)證了在高頻情況下，這些元件都不是純電阻、純電感、純電容而是會(huì)有寄生參數(shù)的存在，使電阻、電容、電感的阻抗特性發(fā)生變化，綜合考慮無(wú)源器件的高頻特性，可以更好的改善化工領(lǐng)域的五大應(yīng)用系統(tǒng)。

圖6 電感阻抗特性曲線

［1］李守智,張偉.電力電子裝置EMI分析的若干問(wèn)題分析[M].西安理工大學(xué),2006.

［2］梁斌,魏克新.功率變換器主電路近場(chǎng)干擾預(yù)測(cè)研究[J].華東電力, 2011.39(2):0233-0238.

［3］魏克新,張海梅.電源線傳導(dǎo)電磁干擾測(cè)試方法的研究[J].華東電力,2010.38(9):1339-1342.

［4］段瑞霞,魏克新.基于三相整流電路的電阻寄生參數(shù)計(jì)算及仿真. [J]華東電力,2011. 39(7):1093-1096.

［5］陳才,裴雪軍.基于開(kāi)關(guān)瞬態(tài)過(guò)程分析的大容量變換器雜散參數(shù)抽取方法[J].中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào),2011.31(21):40-47.

［6］Annu,Appl,Power Electron Conf, Expo ,Anaheim, CA, 1998, pp 497-503.

·信息·

天津渤化南港基地6月開(kāi)建 天化、大化將遷此地

據(jù)悉，天津市濱海新區(qū)重化工項(xiàng)目搬遷事宜正在穩(wěn)步進(jìn)行，已有多家企業(yè)制訂出搬往南港工業(yè)區(qū)內(nèi)的方案。其中，渤化南港基地預(yù)計(jì)今年6月開(kāi)工建設(shè)。

目前，濱海新區(qū)已對(duì)583家危化企業(yè)進(jìn)行了排查。符合條件?；菲髽I(yè)將搬至南港，安全整治向常態(tài)管理轉(zhuǎn)變。到今年底有望實(shí)現(xiàn)對(duì)?；髽I(yè)24h視頻監(jiān)控、安全生產(chǎn)應(yīng)急指揮中心通聯(lián)運(yùn)用，到明年6月底實(shí)現(xiàn)對(duì)危化品企業(yè)在線監(jiān)測(cè)和預(yù)警。

南港工業(yè)區(qū)位于濱海新區(qū)南部，規(guī)劃面積200km2，其定位為建設(shè)世界級(jí)重化產(chǎn)業(yè)基地和港口綜合功能區(qū)。按照規(guī)劃，南港工業(yè)區(qū)用地全部由圍海造地而成，10km范圍內(nèi)不建生活區(qū)。

其中，渤化南港基地預(yù)計(jì)2018年主體裝置竣工，2019年上半年投料試車(chē)。該基地項(xiàng)目占地3平方公里、總投資294億元。渤?；ぜ瘓F(tuán)已制訂了企業(yè)搬遷安全停產(chǎn)方案、無(wú)害化處置方案、安全搬遷方案，確保搬遷全過(guò)程安全風(fēng)險(xiǎn)可控。天津化工廠和大沽化工廠將于今年開(kāi)始搬入基地。

10.3969/j.issn.1008-1267.2016.02.021

TP319

C

1008-1267（2016）02-0059-04

2015-12-10