一种薄膜电容的杂感计算方法及计算机可读存储介质与流程

1.本发明涉及电学领域，尤其涉及一种薄膜电容的杂感计算方法及计算机可读存储介质。


背景技术：

2.薄膜电容器是以金属箔当电极，将其和聚乙酯，聚丙烯，聚苯乙烯或聚碳酸酯等塑料薄膜，从两端重叠后，卷绕成圆筒状的构造之电容器。而依塑料薄膜的种类又被分别称为聚乙酯电容(又称mylar电容)，聚丙烯电容(又称pp电容)，聚苯乙烯电容(又称ps电容)和聚碳酸酯电容。
3.由于薄膜电容在杂散电感上感生出电压，确切掌握薄膜电容杂散电感的数值，有助于检验和改善薄膜电容的设计效果，进一步地可以有效推断不同功率等级下igbt关断过电压的水平，有利于系统保护方案的设计以保证暂态过程中系统安全稳定的运行。
4.因此，需要一种快速简单的方法，可计算薄膜电容的杂散电感。


技术实现要素：

5.为了克服上述技术缺陷，本发明的目的在于提供一种薄膜电容的杂感计算方法及计算机可读存储介质，可高效准确地仿真计算得到薄膜电容杂感。
6.本发明公开了一种薄膜电容的杂感计算方法，包括以下步骤：
7.于薄膜电容的第一电容母排上标定直流输入端p、至少一个直流输出端、至少一个电容芯子上的标定点位，于薄膜电容的第二电容母排上标定直流输入端n、至少一个直流输出端、至少一个电容芯子上的标定点位；
8.于一频率信息f下基于直流输入端p、直流输入端n、至少一个直流输出端、至少一个标定点位中的任意两处间的阻抗建立仿真阻抗矩阵，基于流经直流输入端p、直流输入端n、至少一个直流输出端、至少一个标定点位中的任意一处的电流建立电流矩阵，基于直流输入端p、直流输入端n、至少一个直流输出端、至少一个标定点位中的任意一处的电压建立电压矩阵，并设立仿真阻抗矩阵乘积电流矩阵等于电压矩阵的等式；
9.基于流经第一电容母排上的直流输出端中的至少一个电流等于流经第二电容母排上的直流输出端中的至少一个电流的负数，以及流经第一电容母排上标定点位和直流输出端的电流和为零，以及流经第二电容母排上标定点位和直流输出端的电流和为零，以及流经第一电容母排上标定点位之一和流经第二电容母排上标定点位之一的电流和为零，以及流经第一电容母排上标定点位的另一和流经第二电容母排上标定点位的另一的电流和为零求解等式，以得到第一电容母排上任一直流输出端与第二电容母排上任一直流输出端的电流和电压；
10.基于第一电容母排上任一直流输出端与第二电容母排上任一直流输出端的电流和电压计算杂感。
11.优选地，于薄膜电容的第一电容母排上标定直流输入端p、至少一个直流输出端、
至少一个电容芯子上的标定点位，于薄膜电容的第二电容母排上标定直流输入端n、至少一个直流输出端、至少一个电容芯子上的标定点位的步骤包括：
12.于薄膜电容的第一电容母排上标定直流输入端p、直流输出端n k；
13.于薄膜电容的第二电容母排上标定直流输入端n、直流输出端2n 2k；
14.于第一电容母排和第二电容母排间的电容芯子上分别标定与第一电容母排连接的点位n，以及与第二电容母排连接的点位2n k。
15.优选地，于一频率信息f下基于直流输入端p、直流输入端n、至少一个直流输出端、至少一个标定点位中的任意两处间的阻抗建立仿真阻抗矩阵，基于流经直流输入端p、直流输入端n、至少一个直流输出端、至少一个标定点位中的任意一处的电流建立电流矩阵，基于直流输入端p、直流输入端n、至少一个直流输出端、至少一个标定点位中的任意一处的电压建立电压矩阵，并设立仿真阻抗矩阵乘积电流矩阵等于电压矩阵的等式的步骤包括：
16.基于直流输入端p、直流输出端n k、直流输入端n、直流输出端2n 2k、点位n、点位2n k任意两处间的阻抗z
mm
建立仿真阻抗矩阵；
17.基于流经直流输出端n k、直流输出端2n 2k、点位n、点位2n k的电流im建立电流矩阵；
18.基于直流输出端n k、直流输出端2n 2k、点位n、点位2n k处的电压um建立电压矩阵；
19.设立仿真阻抗矩阵乘积电流矩阵等于电压矩阵的如下等式1：
[0020][0021]
其中m＝2n 2k。
[0022]
优选地，基于流经第一电容母排上的直流输出端中的至少一个电流等于流经第二电容母排上的直流输出端中的至少一个电流的负数，以及流经第一电容母排上标定点位和直流输出端的电流和为零，以及流经第二电容母排上标定点位和直流输出端的电流和为零，以及流经第一电容母排上标定点位之一和流经第二电容母排上标定点位之一的电流和为零，以及流经第一电容母排上标定点位的另一和流经第二电容母排上标定点位的另一的电流和为零求解等式，以得到第一电容母排上任一直流输出端与第二电容母排上任一直流输出端的电流和电压的步骤包括：
[0023]
基于以下等式2计算电容芯子cn的电压ucn：
[0024][0025]
其中zcore为电容芯子cn的阻抗，且zcore＝rcore ccore＝rcore 1/(jwc)，其中w＝2*π*f，c为电容芯子cn的已知容值，rcore为电容芯子cn的已知阻值；
[0026]
基于u
pn
＝u
p-un＝u
n k j-u
j-u
cj
，j＝1，2...n合并等式1和等式2，以计算得到如下等式3：
[0027][0028]
其中u
p
为直流输入端p处的电压，un为直流输入端n处的电压，u
pn
为直流输入端p与直流输入端n间的电势差；
[0029]
基于ij i
n k j
＝0，j＝1，2...n变换等式3为如下等式4：
[0030]
。
[0031][0032]
优选地，基于流经第一电容母排上的直流输出端中的至少一个电流等于流经第二电容母排上的直流输出端中的至少一个电流的负数，以及流经第一电容母排上标定点位和直流输出端的电流和为零，以及流经第二电容母排上标定点位和直流输出端的电流和为零，以及流经第一电容母排上标定点位之一和流经第二电容母排上标定点位之一的电流和为零，以及流经第一电容母排上标定点位的另一和流经第二电容母排上标定点位的另一的电流和为零求解等式，以得到第一电容母排上任一直流输出端与第二电容母排上任一直流输出端的电流和电压的步骤还包括：
[0033]
使用矩阵a替换等式4中的前一矩阵，使得等式4变化为如下等式5：
[0034][0035]
根据i1 i2 ... in i
n 1
... i
n k
＝0，变换等式5为如下等式5-1：
[0036][0037]
令矩阵变换等式5-1为如下等
式5-2：
[0038][0039]
变换等式5-2为如下等式5-3：
[0040][0041]
令矩阵令矩阵建立如下等式6：
[0042]
即：
[0043]
优选地，基于流经第一电容母排上的直流输出端中的至少一个电流等于流经第二电容母排上的直流输出端中的至少一个电流的负数，以及流经第一电容母排上标定点位和直流输出端的电流和为零，以及流经第二电容母排上标定点位和直流输出端的电流和为零，以及流经第一电容母排上标定点位之一和流经第二电容母排上标定点位之一的电流和为零，以及流经第一电容母排上标定点位的另一和流经第二电容母排上标定点位的另一的电流和为零求解等式，以得到第一电容母排上任一直流输出端与第二电容母排上任一直流输出端的电流和电压的步骤还包括：
[0044]
假设电流im中i
n j
＝1，i
2n k j
＝-1，其余均为0；
[0045]
当i，j＝1时，矩阵使得从而求解得到的值；
[0046]
根据ij i
n k j
＝0，j＝1，2...n及i1 i2 ... in i
n 1
... i
n k
＝0求解等式1中的电流列矩阵后代入等式1中求解电压矩阵及代入等式2中求解电容芯子cn的电压ucn
[0047]
根据ud＝u
n j-u
2n k i-u
pn
＝u
n j-u
2n k i-(u
n k 1-u
1-u
c1
)，i
n j
＝1求解得到第一电容母排上的直流输出端j和第二电容母排上的直流输出端i间等效阻抗
[0048]
基于所述等效阻抗z
eq
计算等效电感l＝(imag(z
eq-1/(jwc)))/w，其中imag表示获取z
eq-1/(jwc)的虚部部分，c为电容芯子cn的已知容值的和。
[0049]
本发明还公开了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现如上所述的杂感计算方法。
[0050]
采用了上述技术方案后，与现有技术相比，具有以下有益效果：
[0051]
1.可通过ansys仿真得到各矩阵，计算方便快捷；
[0052]
2.计算结果准确，且可在使用后的任意时刻下反复计算，以检测薄膜电容的使用状态。
附图说明
[0053]
图1为符合本发明一优选实施例中薄膜电容的结构示意图；
[0054]
图2为符合本发明一优选实施例中薄膜电容的杂感计算方法的流程示意图。
具体实施方式
[0055]
以下结合附图与具体实施例进一步阐述本发明的优点。
[0056]
这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本公开相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本公开的一些方面相一致的装置和方法的例子。
[0057]
在本公开使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本公开。在本公开和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解，本文中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。
[0058]
应当理解，尽管在本公开可能采用术语第一、第二、第三等来描述各种信息，但这些信息不应限于这些术语。这些术语仅用来将同一类型的信息彼此区分开。例如，在不脱离本公开范围的情况下，第一信息也可以被称为第二信息，类似地，第二信息也可以被称为第一信息。取决于语境，如在此所使用的词语“如果”可以被解释成为“在
……
时”或“当
……
时”或“响应于确定”。
[0059]
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
[0060]
在本发明的描述中，除非另有规定和限定，需要说明的是，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
[0061]
在后续的描述中，使用用于表示元件的诸如“模块”、“部件”或“单元”的后缀仅为了有利于本发明的说明，其本身并没有特定的意义。因此，“模块”与“部件”可以混合地使用。
[0062]
参阅图2，示出了符合本发明一优选实施例中薄膜电容的杂感计算方法，在该实施例中，参阅图1，薄膜电容主要包括第一电容母排(p)和第二电容母排(n)，第一电容母排(p)上具有直流输入端p，以及至少一个直流输出端(pj或j表示)，直流输出端的数量记为n k，第二电容母排(n)上具有直流输入端n，以及至少一个直流输出端(ni或i表示)，直流输出端的数量记为2n 2k(且与第一电容母排上的直流输出端的数量一致)，在第一电容母排和第二电容母排间，还连接有n个电容芯子，分别与第一电容母排和第二电容母排连接(总计有2n个点位，与第一电容母排的连接处记为1至n个点位，与第二电容母排的连接处记为n k 1至2n k个点位)。由此，薄膜电容的杂感计算方法包括以下步骤：
[0063]
s100：于薄膜电容的第一电容母排上标定直流输入端p、至少一个直流输出端、至少一个电容芯子上的标定点位，于薄膜电容的第二电容母排上标定直流输入端n、至少一个直流输出端、至少一个电容芯子上的标定点位。对上述各位置处标定，以作为后续计算和测量的基准点。
[0064]
s200：于一频率信息f下基于直流输入端p、直流输入端n、至少一个直流输出端、至少一个标定点位中的任意两处间的阻抗建立仿真阻抗矩阵，基于流经直流输入端p、直流输入端n、至少一个直流输出端、至少一个标定点位中的任意一处的电流建立电流矩阵，基于直流输入端p、直流输入端n、至少一个直流输出端、至少一个标定点位中的任意一处的电压建立电压矩阵，并设立仿真阻抗矩阵乘积电流矩阵等于电压矩阵的等式
[0065]
上述仿真阻抗矩阵，可通过ansys仿真软件获得，基于所设计的薄膜电容的空间磁场耦合情况、空间距离等仿真模拟处任意两处间的阻抗。
[0066]
s300：基于流经第一电容母排上的直流输出端中的至少一个电流等于流经第二电容母排上的直流输出端中的至少一个电流的负数，以及流经第一电容母排上标定点位和直流输出端的电流和为零，以及流经第二电容母排上标定点位和直流输出端的电流和为零，以及流经第一电容母排上标定点位之一和流经第二电容母排上标定点位之一的电流和为零，以及流经第一电容母排上标定点位的另一和流经第二电容母排上标定点位的另一的电流和为零求解等式，以得到第一电容母排上任一直流输出端与第二电容母排上任一直流输出端的电流和电压。
[0067]
可以理解的是，基于电流矢量的关系，若选取第一电容母排上的直流输出端中的之一，第二电容母排上的直流输出端中的之一，作为电流输入和输出端(即研究这两处的阻抗)，所选取的流经第一电容母排上的直流输出端中的之一的电流等于所选取的流经第二电容母排上的直流输出端中的之一的电流的负数(矢量和为0)。同理，流经第一电容母排上标定点位和直流输出端的电流和为零，以及流经第二电容母排上标定点位和直流输出端的电流和为零，以及流经第一电容母排上标定点位之一和流经第二电容母排上标定点位之一的电流和为零，以及流经第一电容母排上标定点位的另一和流经第二电容母排上标定点位的另一的电流和为零(上述情况均假象电流仅从一处流入一处流出的情况，用于计算任意两处间的杂感情况)，鉴于上述条件求解等式，可得到第一电容母排上任一直流输出端与第二电容母排上任一直流输出端的电流和电压。
[0068]
s400：最终，基于第一电容母排上任一直流输出端与第二电容母排上任一直流输出端的电流和电压计算杂感。
[0069]
以下以实施例一详细介绍求解过程。
[0070]
步骤s100包括：
[0071]
s110：于薄膜电容的第一电容母排上标定直流输入端p、直流输出端n k；
[0072]
s120：于薄膜电容的第二电容母排上标定直流输入端n、直流输出端2n 2k；
[0073]
s130：于第一电容母排和第二电容母排间的电容芯子上分别标定与第一电容母排连接的点位n，以及与第二电容母排连接的点位2n k。
[0074]
步骤s200包括：
[0075]
s200：于一频率信息f下基于直流输入端p、直流输出端n k、直流输入端n、直流输出端2n 2k、点位n、点位2n k任意两处间的阻抗z
mm
建立仿真阻抗矩阵，m可替换为i、j、n以表示直流输入端p、直流输出端n k、直流输入端n、直流输出端2n 2k、点位n、点位2n k中的任意一点，仿真阻抗矩阵为m维；
[0076]
s210：基于流经直流输出端n k、直流输出端2n 2k、点位n、点位2n k的电流im建立电流矩阵，电流矩阵为1*m的列矩阵；
[0077]
s220：基于直流输出端n k、直流输出端2n 2k、点位n、点位2n k处的电压um建立电压矩阵，电压矩阵为1*m的列矩阵；
[0078]
s230：设立仿真阻抗矩阵乘积电流矩阵等于电压矩阵的如下等式1：
[0079][0080]
其中m＝2n 2k，电流列矩阵元素ij(j＝1，2..m)(ij也可使用im表示)表示从节点j流进的电流，电压列矩阵uj(j＝1，2..n k)(uj也可使用um表示)表示节点j的电压(第一电容母排上的节点电压是相对于p，第二电容尫上的节点电压是相对于n)。
[0081]
步骤s300包括：
[0082]
s310：基于以下等式2计算电容芯子cn的电压ucn：
[0083][0084]
其中zcore为电容芯子cn的阻抗，且zcore＝rcore ccore＝rcore 1/(jwc)，其中w＝2*π*f，c为电容芯子cn的已知容值，rcore为电容芯子cn的已知阻值，j为虚数单位；
[0085]
s320：基于u
pn
＝u
p-un＝u
n k j-u
j-u
cj
，j＝1，2...n合并等式1和等式2，以计算得到如下等式3：
[0086][0087]
其中u
p
为直流输入端p处的电压，un为直流输入端n处的电压，u
pn
为直流输入端p与直流输入端n间的电势差；
[0088]
s330：基于ij i
n k j
＝0，j＝1，2...n变换等式3为如下等式4：
[0089][0090]
上述等式4的矩阵放大表示为：
[0091][0092][0093]
[0094][0095]
进一步地，步骤s300还包括：
[0096]
s340：使用矩阵a(呈n*(n 2k)维)替换等式4中的前一矩阵，使得等式4变化为如下等式5：
[0097][0098]
s350：根据i1 i2 ... in i
n 1
... i
n k
＝0，变换等式5为如下等式5-1：
[0099][0100]
s360：令矩阵(矩阵b呈n*(n 2k-1)维)，变换等式5-1为如下等式5-2：
[0101][0102]
s370：将上述前一矩阵的第一行减去最后一行，并依次类推，以变换等式5-2为如下等式5-3：
[0103][0104]
令矩阵(矩阵c呈(n-1)*(n-1)维)，令矩阵(矩阵d呈(n-1)*2k维)建立如下等式6：
[0105]
即：
[0106]
进一步，步骤s300还包括：
[0107]
s380：假设电流im中i
n j
＝1，i
2n k j
＝-1(即i
n j
和i
2n k 1
的激励电流为1，以方便计算杂感)，其余均为0；
[0108]
s390：当i，j＝1时，矩阵使得从而求解得到的值；
[0109]
s3100：根据ij i
n k j
＝0，j＝1，2...n及i1 i2 ... in i
n 1
... i
n k
＝0求解等式1中的电流列矩阵后代入等式1中求解电压矩阵及代入等式2中求解电容芯子cn的电压ucn
[0110]
s3110：根据ud＝u
n j-u
2n k i-u
pn
＝u
n j-u
2n k i-(u
n k 1-u
1-u
c1
)，i
n j
＝1求解得到第一
电容母排上的直流输出端j和第二电容母排上的直流输出端i间的等效杂感基于等效阻抗z
eq
计算等效电感l＝(imag(z
eq-1/(jwc)))/w，其中imag表示获取z
eq-1/(jwc)的虚部部分，c为电容芯子cn的已知容值的和，该等效电感表示的是当前频率f下选取二处的等效电感参数。
[0111]
一优化实施例中，假设第一电容母排上具有3处直流输出端(分别为a、b、c)，第二电容母排上具有3处直流输出端(分别为d、e、f)，电容芯子有2个，则与第一电容母排具有第一点位1和第二点位2，第二电容母排具有第三点位3和第四点位4，基于第一直流输入端p、第一直流输出端a、第二直流输出端b、第三直流输出端c和第二直流输入端n、第四直流输出端d、第五直流输出端e、第六直流输出端f和第一点位1和第二点位2、第三点位3和第四点位4中任意两处间的阻抗zij建立仿真阻抗矩阵；基于流经第一直流输出端a、第二直流输出端b、第三直流输出端c和第二直流输入端n、第四直流输出端d、第五直流输出端e、第六直流输出端f和第一点位1和第二点位2、第三点位3和第四点位4的电流建立电流in矩阵；基于第一直流输出端a、第二直流输出端b、第三直流输出端c和第二直流输入端n、第四直流输出端d、第五直流输出端e、第六直流输出端f和第一点位1和第二点位2、第三点位3和第四点位4处的电压建立电压矩阵um；设立仿真阻抗矩阵乘积电流矩阵等于电压矩阵的如下等式：
[0112][0113]
优选地，确定流经第二直流输出端b的电流ib、第三直流输出端c的电流ic、第五直流输出端e的电流ie、第六直流输出端f的电流if相等为零，以及流经第一直流输出端a的电流ia、第一点位1的电流i1、第二点位2的电流i2的电流和为零，以及流经第四直流输出端d的电流id、第三点位3的电流i3和第四点位4的电流i4的电流和为零，以及流经第一点位1的电流i1和第三点位3的电流i3的电流和为零，以及流经第二点位2的电流i2和第四点位4的电流i4的电流和为零，并将上述条件代入等式，使得等式变化为：
[0114][0115]
优选地，将zia列取反并分别加至zi1和zi2列，将zi3列取反并加至zi1列，将zi4列
取反加至zi2列，将zid列加至分别加至zi1和zi2列，使得等式变化为：
[0116][0117]
优选地，假设第一直流输入端p处的电压u
p
与第二直流输入端n处的电压un的电势差u
np
为1；确定第一点位1处的电压u1与第三点位3处的电压u3的电压差和第一电容母排的电势差uc1的差值，等于第二点位2处的电压u2与第四点位4处的电压u4的电压差和第二电容母排的电势差uc2的差值等于电势差u
np
，以及第一电容母排的电势差uc1等于第一电容母排的阻抗zcore乘以(-i1)，以及第二电容母排的电势差uc2等于第二电容母排的阻抗zcore乘以(-i2)，并代入等式；将z3j行取反后加至z1j行，将z4j行取反后加至z2j，并将变化后的等式加上如下矩阵：
[0118][0119]
使得等式变化为：
[0120][0121]
优选地，基于等式计算第一点位1的电流i1、第二点位2的电流i2、第一直流输出端a处的电压ua、第四直流输出端d处的电压ud；基于以下公式计算第一直流输出端a和第四直流输出端d间的等效阻抗zeq：
[0122][0123]
本发明还公开了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上所述的杂感计算方法。
[0124]
应当注意的是，本发明的实施例有较佳的实施性，且并非对本发明作任何形式的限制，任何熟悉该领域的技术人员可能利用上述揭示的技术内容变更或修饰为等同的有效实施例，但凡未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何修改或等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。