طريقة تصميم وتنفيذ EMC لمحرك BLDC

المبدأ: وفقًا لمعادلات ماكسويل ، ينتشر التداخل الكهرومغناطيسي في شكل موجات كهرومغناطيسية ، والتي تحتوي على مكونات حقل كهربائية ومغناطيسية متناوبة. المعادن لها الموصلية الكهربائية عالية ونفاذية المغناطيسية. عندما يكون التداخل الكهرومغناطيسي حادثًا على طبقة التدريع المعدني ، وفقًا لقانون الحث الكهرومغناطيسي ، فإن المجال الكهربائي سيؤدي إلى قيادة الإلكترونات الحرة في المعدن للتحرك بطريقة اتجاهية ، وبالتالي توليد تيار مستحث. وفقًا لقانون لينز ، فإن المجال المغناطيسي المتحمس للتيار المستحث هو عكس المجال المغناطيسي للتداخل الحادث ، ويتم تثبيت الاثنين على بعضهما البعض لتعويض جزء فعال من المجال المغناطيسي التداخل ؛ في الوقت نفسه ، وفقًا للظروف الحدودية للحقل الكهربائي ، يمكن لطبقة التدريع المعدني قطع مسار انتشار المجال الكهربائي ، وبالتالي تحقيق تأثير التدريع.

عملية محددة: في عملية تصنيع المحركات ، استنادًا إلى الخواص الكهرومغناطيسية للمادة ، وسبائك الألومنيوم (التي تبلغ موصيفها الكهربائي حوالي 3.5 × 10⁷ S/M والنفاذية المغناطيسية النسبية القريبة من 1) وسبائك مغناطيسية مفعمة بالحيوية (مع نفاذية مغناطيسية عالية ، مثل البرمج ، والتي يمكن أن تصل إلى 10⁵ في حقل مغناطيسي ضعيف. واعتماد تقنية الختم المتقدمة ، مثل لحام الليزر ، مانعة للتسرب المعدنية ، وما إلى ذلك ، لتقليل الفجوات والثقوب في القشرة لمنع تسرب التداخل الكهرومغناطيسي. خذ محرك BLDC في معدات الأتمتة الصناعية كمثال. ويستخدم قذيفة سبيكة الألومنيوم. من خلال تقنية معالجة CNC دقيقة ، تكون الفجوة الموجودة في مفصل القشرة أقل من 0.1 مم ، مما يقلل بشكل فعال من شدة الإشعاع الكهرومغناطيسي. بالنسبة لدائرة محرك الأقراص ، وفقًا لحجم لوحة الدائرة وشدة التداخل الكهرومغناطيسي ، يتم اختيار غطاء محامي معدني بسمك مناسب ، مثل غطاء التدريع النحاسي بسماكة قدرها 0.5-1 ملم ، ويتم لحام الشظايا المعدنية من خلال تقنية الجبل السطحي (SMT) لضمان وجود اتصال كهربائي منخفض منخفض الإلغاء.

ملاحظة: في عملية تصميم التدريع ، يجب اتباع إرشادات تصميم التوافق الكهرومغناطيسي بشكل صارم لتجنب تكوين مصادر التداخل الجديدة بين طبقات التدريع المختلفة. على سبيل المثال ، في الأنظمة الإلكترونية للسيارات ، يجب أن يكون السكن المحرك وغطاء دوائر محرك الأقراص مقترنة من خلال المكثفات ، وتستخدم أجهزة العزل مثل Optocouplers للعزلة الكهربائية لمنع التداخل الكهرومغناطيسي الجديد الناجم عن التيار الناتج عن الفرق المحتمل. بالإضافة إلى ذلك ، فإن تأريض الطبقة التدريبية مهمة للغاية. وفقًا لنظرية التأريض ، من الضروري التأكد من أن مقاومة الأساس أقل من 0.1Ω لتحقيق التدريع الكهرومغناطيسي الفعال.

2. بناء دقيق لنظام التأريض

المبدأ: وفقًا لقانون أوم وقانون كيرشوف ، فإن الغرض الأساسي المتمثل في التأريض هو توفير مسار عودة منخفضة الانتباه للتيار ، بحيث تكون القشرة المعدنية للمعدات في نفس إمكانات الأرض. هذا لا يمكن أن يتجنب فقط الجهد العالي الناجم عن تراكم الكهرباء الثابتة والتحريض الكهرومغناطيسي من التسبب في ضرر للمعدات والموظفين ، ولكن أيضًا قمع التدخل الكهرومغناطيسي بشكل فعال بناءً على مبدأ الحث الكهرومغناطيسي. عندما يحدث التعريفي الكهرومغناطيسي في المعدات ، يمكن لنظام التأريض أن يؤدي بسرعة إلى إدخال التيار المستحث في الأرض ، مما يقلل من قوة الدعاوى الكهرمائية المستحثة على المعدات.

عملية محددة: يتم توصيل القشرة المعدنية للمحرك بالأرض من خلال سلك تأريض مخصص. وفقًا لمعايير حساب سعة الحمل الحالية للأسلاك والكابلات ، يجب حساب المساحة المستعرضة لسلك التأريض بدقة واختيارها وفقًا للطاقة المصنفة للمحرك والحد الأقصى لتيار الدائرة القصير التي قد يتم إنشاؤها لضمان قدرة على الحمل الحالية الكافية. في محرك BLDC الصناعي 5KW ، يتم تحديد سلك مسند للنحاس مع مساحة مستعرضة تبلغ 6 مم مربع بعد الحساب لتلبية متطلبات الحمل الحالية تحت تيار الدائرة القصيرة. في دائرة محرك الأقراص ، عند استخدام لوحة الدوائر المطبوعة متعددة الطبقات (PCB) ، يتم تعريف طبقة واحدة على وجه التحديد على أنها الطائرة الأرضية ، ويتم استخدام برنامج تصميم PCB المهني (مثل مصمم Altium) لتخطيط VIAs الأرضي بشكل معقول لضمان أن تكون المسامير الأرضية لكل مكون متصل بالطائرة الأرضية القريبة. بالنسبة لبعض أجزاء الدائرة التناظرية الرئيسية ، مثل دائرة معالجة إشارة مستشعر الموضع في المحرك ، يتم استخدام طريقة تأريض نقطة واحدة لتقليل التداخل الناجم عن الفرق المحتمل على الأرض بشكل فعال.

ملاحظة: يجب أن تتبع أنظمة التأريض المختلفة بصرامة مواصفات تصميم التوافق الكهرومغناطيسي لتجنب التداخل المتبادل. على سبيل المثال ، في المعدات الطبية ، يجب أن تستخدم التأريض الحالي القوي والأساس الحالي الضعيف جذوع التأريض المستقلة ، ويجب إجراء اتصالات تجهيزات في حافلة التأريض لمنع تدخل تيار قوي من دخول الدائرة الحالية الضعيفة من خلال نظام التأريض. في الوقت نفسه ، وفقًا للمعايير ذات الصلة (مثل GB 50169-2016 '، يتم اختبار مواصفات الجهاز والقبول الهندسي للتشكيل الكهربائي ') ، يتم اختبار موثوقية اتصال التأريض بانتظام لضمان الحفاظ على مقاومة التأريض دائمًا ضمن النطاق المحدد.

3. تكوين معقول للمرشحات

المبدأ: يتضمن التداخل الذي أجري على خط الطاقة بشكل أساسي تداخل الوضع الشائع وتداخل الوضع التفاضلي. يستخدم محث الوضع المشترك هيكله الخاص من اللف المتوازي ثنائي الأسلاك لجعل التدفق المغناطيسي الذي تم إنشاؤه بواسطة التيار المشترك في اللفاتين يرفعان بعضهما البعض ، وبالتالي تقديم خاصية مقاومة عالية للتيار الوضع المشترك وقمع تداخل الوضع المشترك بفعالية ؛ يحتوي مكثف الوضع التفاضلي على خاصية مقاومة منخفضة لتيار الوضع التفاضلي استنادًا إلى خاصية التفاعل السعودي للمكثف (x_c = frac {1} {2 pi fc}) ، ويمكن أن يتجاوز إشارة التداخل التفاضلية عالية التردد. يعتمد مرشح تمرير منخفض على خط نقل الإشارة على خصائص استجابة التردد لدائرة LC. من خلال اختيار معلمات المحث والمكثف بشكل معقول ، فإنه يتيح إشارات التردد المنخفضة للمرور وتخفيف إشارات التداخل عالية التردد بشكل فعال.

العملية المحددة: في نهاية إدخال الطاقة ، وفقًا لجهد الجهد والتيار والتردد التداخل لمصدر الطاقة ، استخدم برنامج تحليل الدوائر (مثل PSPICE) لالحساب دقيق ، وتحديد محث الوضع المشترك ومكثف الوضع التفاضلي مع معلمات مناسبة لتشكيل مرشح. على سبيل المثال ، بالنسبة لمصدر طاقة إدخال AC البالغ طوله 220 فولت ، 50 هرتز ، يمكن اختيار محاثة محث الوضع المشترك على أنها 5 أمور ، ويمكن اختيار سعة مكثف الوضع التفاضلي كـ 0.47μF. في مزود طاقة محرك BLDC لمكيف الهواء المنزلي ، بعد استخدام المرشح مع هذه المعلمة ، يتم تقليل التداخل الذي تم إجراؤه على خط الطاقة بشكل كبير ، مما يفي بمعايير التوافق الكهرومغناطيسي ذات الصلة. في خط نقل الإشارة ، وفقًا لتردد وعرض النطاق الترددي للإشارة ، يتم استخدام نظرية تصميم المرشح لتصميم مرشح تمرير منخفض مع تردد قطع مناسب. على سبيل المثال ، بالنسبة لخط نقل إشارة 1MHz ، يتم تعيين تردد القطع للمرشح المنخفض تمريره على 5 ميجا هرتز عن طريق الحساب ، والذي يقوم بتصفية إشارات التداخل عالية التردد بشكل فعال.

ملاحظة: يجب أن يكون اختيار المعلمة للمرشح مطابقة بدقة مع الخصائص الفعلية للمقاومة والتردد للدائرة ، وإلا فقد لا يتحقق تأثير التصفية المتوقع. في الوقت نفسه ، يكون موضع التثبيت للمرشح أمرًا بالغ الأهمية. من الضروري اتباع مبدأ أقصر مسار انتشار التداخل الكهرومغناطيسي ، ومحاولة أن تكون قريبًا من مصدر التداخل والدائرة المحمية ، وتقليل اقتران إشارة التداخل أثناء عملية النقل.

المبدأ: وفقًا لصيغة عزم الدوران الكهرومغناطيسي للمحرك t = k_ti (حيث يكون k_t هو ثابت عزم الدوران وأنا هو التيار) ، ستؤثر دورة التردد ودورة إشارة PWM بشكل مباشر على معدل تغيير التيار والجهد للمحرك ، وبالتالي توليد التداخل الكهرومغناطيسي للدرجات المتغيرة. عندما يتردد تردد PWM مع التردد الطبيعي أو التردد الحساس للدوائر الأخرى ، ستزداد شدة التداخل بشكل كبير وفقًا لنظرية الاهتزاز. تقدم تقنية PWM العشوائية تسلسلًا عشوائيًا زائفة لتعطيل التردد الثابت لإشارة PWM ، بحيث يتم توزيع طاقة التداخل بالتساوي في نطاق تردد أوسع. وفقًا لنظرية كثافة طيف الطاقة ، فإنه يقلل بشكل فعال من شدة التداخل بتردد محدد.

التشغيل المحدد: عند تصميم خوارزمية التحكم في PWM ، استخدم أدوات تحليل الطيف (مثل محلل FFT) لتحليل ترددات التشغيل بشكل شامل للدوائر الأخرى في النظام لتحديد نطاق تردد PWM المعقول لتجنب التداخل مع ترددات حساسة. بالنسبة لتكنولوجيا PWM العشوائية ، يتم استخدام مولد رقم عشوائي زائف استنادًا إلى سجل تحول التغذية المرتدة الخطية (LFSR) لإنشاء إشارة تحكم متغيرة التردد ، بحيث يتقلب تواتر إشارة PWM بشكل عشوائي داخل نطاق التردد المحدد ، ويمكن عمومًا ضبط نطاق التذبذب إلى ± 15 ٪. في نظام التحكم في محرك BLDC للسيارة الكهربائية ، تم تقليل كثافة التداخل الكهرومغناطيسي بأكثر من 10 ديسيبل بعد استخدام تقنية PWM العشوائية ، مما يؤدي بشكل فعال إلى تحسين التوافق الكهرومغناطيسي للنظام.

ملاحظة: عند استخدام تقنية PWM العشوائية ، يجب النظر في تأثيرها على أداء تشغيل المحرك بالكامل. بسبب التغيير العشوائي للتردد ، قد يزداد نبض عزم الدوران للمحرك. وفقًا لمبدأ ديناميات المحرك ، يجب مراقبة حالة تشغيل المحرك وتعديلها في الوقت الفعلي. يمكن استخدام التحكم الحالي في الحلقة المغلقة ، والتحكم في الحلقة المغلقة للسرعة والاستراتيجيات الأخرى لضمان التشغيل المستقر للمحرك.

2. تنفيذ استراتيجيات البداية الناعمة واستراتيجيات الإيقاف الناعم

المبدأ: في لحظة البدء والتوقف المحرك ، بسبب التغيير الحاد للتيار ، وفقًا لقانون الحث الكهرومغناطيسي ، سيتم إنشاء التداخل الكهرومغناطيسي القوي. تتحكم استراتيجيات البداية الناعمة والإيقاف الناعم في معدل تغيير دورة العمل لإشارة PWM بحيث يتغير التيار والجهد للمحرك تدريجياً وفقًا لعلاقة وظيفية محددة مسبقًا ، مما يقلل بشكل فعال من التداخل الكهرومغناطيسي. على سبيل المثال ، يمكن أن يؤدي استخدام وظيفة أسية للتحكم في تغيير دورة العمل إلى تغيير التيار والجهد أكثر سلاسة.

عملية محددة: في مرحلة بدء التشغيل ، وفقًا لخصائص تحميل المحرك ومتطلبات النظام ، قم بتعيين وقت بدء تشغيل مناسب ، مثل 1S. خلال هذه الفترة ، يتم زيادة دورة عمل إشارة PWM تدريجياً من خلال وظيفة ارتفاع الأسي لجعل جهد محرك المحرك يرتفع بثبات. في مرحلة التوقف ، يتم تعيين وقت التوقف أيضًا ، مثل 1.5s ، ويتم تقليل دورة عمل إشارة PWM تدريجياً من خلال وظيفة تناقص بشكل كبير لتحقيق توقف بطيء للمحرك. في نظام محرك المحرك BLDC ، بعد تبني استراتيجيات البداية الناعمة والاستيقاف الناعم ، يتم تقليل التداخل الكهرومغناطيسي بشكل كبير ، ويتم تحسين نعومة عملية المصعد.

ملاحظة: يجب تعديل الإعداد الزمني للبدء الناعم والتوقف الناعم بدقة وفقًا لخصائص تحميل المحرك وسيناريو التطبيق الفعلي. إذا كان الوقت قصيرًا جدًا ، فلا يمكن قمع التداخل الكهرومغناطيسي بشكل فعال ؛ إذا كان الوقت طويلًا جدًا ، فسيؤثر ذلك على كفاءة العمل وسرعة الاستجابة للمحرك. يمكن تحديد معلمات الوقت الأمثل من خلال الاختبار التجريبي وتحليل المحاكاة.