چکیده–در این مقاله، روش جدیدی برای محاسبهی پاسخهای الکترومغناطیسی گذرای سیستم توان AC/DCبا تداخل پالس الکترومغناطیسی خارجی ارائه شده است. یک مدل ورودی- خروجی یکسوکنندهی پل سه فاز برای محاسبهی گذرا ارائه شده است. به منظور مطالعهی اثر پالس الکترومغناطیسی خارجی بر سیستم، مدل جفتشدگی میدان- به- خط معرفی شده و از روش دامنه زمانی تفاضل متناهی استفاده شده است. بنابراین، روش مدلسازی از روشهای تحلیل مدارهای الکتریکی و میدانهای الکترومغناطیسی به صورت مصنوعی برای برخورد با مسائل مدار- میدان جفتشده استفاده میکند. مدل و الگوریتم با مقایسهی نتایج محاسبه و نتایج تجربی اعتبارسنجی و تأیید شدهاند. در آخر، اثرات برخی پارامترهای مدار بر پاسخهای گذرا مورد بررسی قرار گرفتهاند. روش پیشنهادشده در این مقاله، اساس تحقیقات آتی در خصوص عملکرد الکترومغناطیسی گذرای سیستمهای توان الکتریکی مستقل متشکل از ادوات الکترونیکی توان خواهد بود.
1. مقدمه
سیستمهای توان الکتریکی هواپیماها و زیردریاییها در جهت تماماً الکتریکیشدن پیش میروند. به واسطهی نیاز به تبدیل و به کارگیری مؤثر انرژی الکتریکی، ملاحظات قابل توجهی در خصوص دستگاههای الکترونیکی توان (نظیر یکسوکننده، وارونساز، و مبدل DC/DC، و غیره) در سیستمهای توان وجود دارد. میدانهای الکترومغناطیسی مربوط به پالسهای الکترومغناطیسی خارجی (EMP)، به عنوان مثال پالس الکترومغناطیسی صاعقه (LEMP)، پالس الکترومغناطیسی هستهای (NEMP) و میکروویو پرتوان (HPMW)، ولتاژها و جریانهای اضافی گذرایی را در سیستمهای کل خطوط انتقال ایجاد میکنند. در نتیجه، این ولتاژها و جریانها گاهی از حدود ایمنی ادوات الکترونیکی توان متصل به انتهای خط انتقال تجاوز میکنند که میتواند باعث خرابی ادوات اصلی، و یا حتی به خطر افتادن ایمنی سیستم شود.
نظریهی پراکندگی EMبه طور کلی برای تحقیقات مربوط به جفتشدگی EMPبا خط انتقال به کار میرود. در بسیاری از موارد عملی، مدل Taylor[1]، مدل Agrawal[2]و مدل Rachidi[3]برای جفتشدگی میدان- به- خط کفایت میکنند. این مدلها مدار توزیعشده را با معادلات دیفرانسیل پارهای توصیف میکنند. پاسخهای گذرای سیستم توان دارای تداخل EMPدر مقالات بسیاری ارائه شده است. بر اساس تحلیل میدان الکترومغناطیسی حاصل از EMPخارجی، پاسخهای گذرای خط انتقال با بارهای مقاومتی، با استفاده از FDTDمحاسبه گردیده است [4, 5]. اثر اتلاف خط برای خط انتقال بیاتلاف با محاسبهی جریان القایی در انتهای یک خط انتقال ساده تحت تحریک یک میدان الکترومغناطیسی ورودی در [6]مطالعه شده است. در [8]، مدل بسط تکینگی (SEM) و نظریهی مدار RLCبرای محاسبهی پاسخهای گذرا از طریق تشکیل تابع انتقال سیستم و یافتن قطبها در صفحهی فرکانس مختلط به کار رفتهاند که برای مدارهای غیرخطی مناسب نبوده است.
روشهای محاسبهی پاسخهای گذرا برای جفتشدگی EMPبا خط انتقال دارای بارهای خطی، به بارهای غیرخطی تعمیم داده شدهاند. Huangگامی در جهت تحلیل پاسخهای خطوط انتقال چندرسانا با پایانههای غیرخطی تحت تحریک پالس تناوبی با استفاده از روش توازن (موازنهی) هارمونیک (هماهنگ) برداشته است [9]. Tescheاز روش توپولوژی الکترومغناطیسی برای تحلیل خط دارای انتهای غیرخطی استفاده کرده است [10]. روشی برای تحلیل گذرای خط انتقال چندرسانا با انتهای غیرخطی تحریکشده توسط دوقطبی الکتریکی در [11]ارائه شده است. Xieو همکاران مطالعهی تجربی و شبیهسازی SPICEخطوط انتقال با تضعیفکنندهی ولتاژ گذرای تحریکشده توسط یک پالس الکترومغناطیسی افزایش زمانی سریع را ارائه کردهاند [12]. با این حال، تحقیقات انگشتشماری در خصوص پاسخهای گذرای سیستمهای توان که متشکل از خط توان و ادوات الکترونیکی توان هستند، صورت گرفته است.