EMC -design og implementeringsmetode for BLDC Motor

Princip: I henhold til Maxwells ligninger forplantes elektromagnetisk interferens i form af elektromagnetiske bølger, der indeholder skiftende elektriske og magnetiske feltkomponenter. Metaller har høj elektrisk ledningsevne og magnetisk permeabilitet. Når elektromagnetisk interferens hændes på metalafskærmningslaget, i henhold til loven om elektromagnetisk induktion, vil det elektriske felt drive de frie elektroner i metallet for at bevæge sig på en retningsbestemt måde og derved generere en induceret strøm. I henhold til Lenz's lov er det magnetiske felt, der er begejstret af den inducerede strøm, modsat det hændelsesinterferensmagnetiske felt, og de to overlejres på hinanden for effektivt at udligne en del af interferensmagnetfeltet; På samme tid kan metalafskærmningslaget i henhold til grænsebetingelserne på det elektriske felt afskære den elektriske felts formeringsvej og derved opnå en afskærmningseffekt.

Specifik drift: I motorproduktionsprocessen, baseret på de elektromagnetiske egenskaber af materialet, er aluminiumslegeringer (hvis elektriske ledningsevne er ca. 3,5 × 10⁷ S/m og relativ magnetisk permeabilitet tæt på 1) og jern-nikkellegeringer (med høj magnetisk permeabilitet, såsom permalloy, som kan nå 10⁵ i et svagt magnetiske felt) er foretrukne som motorisk husmateriale. Og vedtage avanceret tætningsteknologi, såsom lasersvejsning, metalforseglingsmasse osv., For at minimere huller og huller i skallen for at forhindre elektromagnetisk interferenslækage. Tag BLDC -motoren i et industrielt automatiseringsudstyr som et eksempel. Den bruger en aluminiumslegeringsskal. Gennem præcis CNC -behandlingsteknologi er kløften ved samlingen af ​​skallen mindre end 0,1 mm, hvilket effektivt reducerer intensiteten af ​​elektromagnetisk stråling. For drivkredsløbet, i henhold til størrelsen på kredsløbskortet og intensiteten af ​​elektromagnetisk interferens, vælges et metalafskærmningsdæksel med passende tykkelse, såsom et kobberafskærmningsdæksel med en tykkelse på 0,5-1mm, og metalstangen svejses af overflademonteringsteknologi (SMT) for at sikre, at en elektrisk forbindelse med lav impedance er dannet mellem skibsdækslet og kredsløbet.

Bemærk: I afskærmningsdesignprocessen skal retningslinjerne for elektromagnetisk kompatibilitetskompatibilitet følges strengt for at undgå dannelse af nye interferenskilder mellem forskellige afskærmningslag. For eksempel skal elektroniske systemer i bilindustrien motorhuset og drevkredsløbskærmdækslet for at blive koblet AC -koblet gennem kondensatorer, og isoleringsenheder, såsom optokoblere, bruges til elektrisk isolering for at forhindre ny elektromagnetisk interferens forårsaget af den aktuelle genererede af den potentielle forskel. Derudover er jordforbindelsen af ​​afskærmningslaget meget vigtig. I henhold til jordingsteorien er det nødvendigt at sikre, at jordforbindelsen er mindre end 0,1Ω for at opnå effektiv elektromagnetisk afskærmning.

2. omhyggelig konstruktion af jordforbindelsessystemet

Princip: I henhold til Ohms lov og Kirchhoffs lov er det centrale formål med jordforbindelse at give en lavimpedans-retursti for strømmen, så udstyrets metalskal er på samme potentiale som Jorden. Dette kan ikke kun undgå højspænding forårsaget af statisk elektricitetsakkumulering og elektromagnetisk induktion fra at forårsage skade på udstyr og personale, men undertrykker også effektivt elektromagnetisk interferens baseret på princippet om elektromagnetisk induktion. Når elektromagnetisk induktion forekommer i udstyret, kan jordforbindelsessystemet hurtigt introducere den inducerede strøm i jorden og derved reducere den inducerede elektromotoriske kraft på udstyret.

Specifik betjening: Metalskallen på motoren er forbundet til jorden gennem en dedikeret jordforbindelse. I henhold til den aktuelle beregning af beregningsstandarden for ledninger og kabler skal tværsnitsarealet for jordforbindelsestråden beregnes nøjagtigt og valges i henhold til motorens nominelle effekt og den maksimale kortslutningsstrøm, der kan genereres for at sikre tilstrækkelig strømkapacitet. I en 5 kW industriel BLDC-motor vælges en kobberbegrundelsestråd med et tværsnitsareal på 6 mm² efter beregning for at imødekomme de aktuelle bærende krav under kortslutningsstrøm. I drevkredsløbet, når der bruges et flerlags printede kredsløbskort (PCB), defineres et lag specifikt som jordplanet, og professionel PCB-designsoftware (såsom Altium Designer) bruges til med rimelighed at layre jordvias for at sikre, at jordstifterne i hver komponent kan forbindes til jordplanet i nærheden. For nogle vigtige analoge kredsløbsdele, såsom positionssensorsignalbehandlingskredsløbet for motoren, bruges en enkeltpunkts jordforbindelsesmetode til effektivt at reducere interferensen forårsaget af jordpotentialforskellen.

Bemærk: Forskellige jordforbindelsessystemer skal strengt følge de elektromagnetiske kompatibilitetsdesignspecifikationer for at undgå gensidig interferens. For eksempel skal der i medicinsk udstyr, stærk strømforanstaltning og svag nuværende jordforbindelse bruge uafhængige jordforbindelser, og der skal skabes ekvipotentielle forbindelser ved jordforbindelsesbussen for at forhindre stærk strømforstyrrelser i at komme ind i det svage strømkredsløb gennem jordforbindelsessystemet. På samme tid, i henhold til relevante standarder (såsom GB 50169-2016 'Elektrisk installationsteknisk jordforbindelsesenhedskonstruktion og acceptspecifikationer '), testes pålideligheden af ​​jordforbindelsen regelmæssigt for at sikre, at jordforbindelsen altid opretholdes inden for det specificerede interval.

3. rimelig konfiguration af filtre

Princip: Den gennemførte interferens på kraftledningen inkluderer hovedsageligt indgreb i almindelig tilstand og interferens for differentiel tilstand. Den fælles-mode-induktor bruger sin specielle struktur af to-ledningsparallelvikling for at gøre den magnetiske flux genereret af den almindelige tilstand i de to viklinger overlejrer hinanden og præsenterer derved en høj impedansegenskab for den almindelige tilstandstrøm og effektivt undertrykker den almindelige tilstand interferens; Den differentielle mode-kondensator har en lav impedansegenskab for den differentielle tilstandstrøm baseret på den kapacitive reaktansegenskab for kondensatoren (x_c = frac {1} {2 pi fc}), og kan omgå højfrekvent differential-mode interferenssignal. Lavpasfilteret på signaltransmissionslinjen er baseret på frekvensresponsegenskaberne for LC-kredsløbet. Ved rimeligt at vælge parametrene for induktoren og kondensatoren giver det lavfrekvente signaler mulighed for at passere og dæmper effektivt højfrekvente interferenssignaler.

Specifik drift: Ved strømindgangsafslutningen, i henhold til spændings-, strøm- og interferensfrekvensområdet for strømforsyningen, skal du bruge kredsløbsanalyse-software (såsom PSPICE) til nøjagtig beregning og vælge den almindelige induktor og differential-mode-kondensator med passende parametre til dannelse af et filter. For en 220V, 50Hz AC-indgangseffektforsyning kan induktansen af ​​den fælles-mode-induktor for eksempel vælges som 5MH, og kapaciteten af ​​den differentielle tilstandskondensator kan vælges som 0,47μF. I BLDC Motor Drive -strømforsyning af et husholdningskonditionering, efter at have brugt filteret med denne parameter, reduceres den udførte interferens på kraftledningen i høj grad og opfylder de relevante elektromagnetiske kompatibilitetsstandarder. På signaltransmissionslinjen bruges i henhold til signalets hyppighed og båndbredde til at designe et lavpasfilter med en passende cutoff-frekvens. For eksempel indstilles cutoff-frekvensen for lavpasfilteret til 5MHz ved en 1MHz signaltransmissionslinie ved beregning, hvilket effektivt filtrerer højfrekvente interferenssignaler.

Bemærk: Parametervalget af filteret skal matches nøjagtigt med de faktiske impedans- og frekvensegenskaber for kredsløbet, ellers kan den forventede filtreringseffekt muligvis ikke opnås. På samme tid er filterets installationsposition afgørende. Det er nødvendigt at følge princippet om den korteste elektromagnetiske interferensforplantningssti, prøve at være tæt på interferensskilden og det beskyttede kredsløb og reducere koblingen af ​​interferenssignalet under transmissionsprocessen.

Princip: I henhold til den elektromagnetiske drejningsmomentformel for motoren t = k_ti (hvor k_t er momentkonstanten, og jeg er den nuværende), vil frekvensen og driftscyklussen for PWM -signalet direkte påvirke den aktuelle og spændingsændringshastighed for motoren, hvilket genererer elektromagnetisk interferens af varierende grader. Når PWM -frekvensen resonerer med den naturlige frekvens eller den følsomme frekvens af andre kredsløb, vil interferensintensiteten stige eksponentielt i henhold til vibrationsteorien. Tilfældig PWM-teknologi introducerer en pseudo-tilfældig sekvens for at forstyrre den faste frekvens af PWM-signalet, så interferensenergien er jævnt fordelt i et bredere frekvensområde. I henhold til effektspektretæthedsteorien reducerer det effektivt interferensintensiteten ved en bestemt frekvens.

Specifik drift: Når du designer PWM -kontrolalgoritmen, skal du bruge Spectrum Analysis -værktøjer (såsom FFT -analysator) til omfattende analyse af driftsfrekvenserne af andre kredsløb i systemet til at bestemme et rimeligt PWM -frekvensområde for at undgå overlapning med følsomme frekvenser. For tilfældig PWM-teknologi bruges en pseudo-tilfældig nummergenerator baseret på et lineært feedback-skiftegister (LFSR) til at generere et frekvensvarierende kontrolsignal, så frekvensen af ​​PWM-signalet svinger tilfældigt inden for det indstillede frekvensområde, og svingningsområdet generelt kan indstilles til ± 15%. I BLDC -motorstyresystemet i et elektrisk køretøj blev den elektromagnetiske interferensintensitet reduceret med mere end 10dB, efter at den tilfældige PWM -teknologi blev anvendt, hvilket effektivt forbedrede systemets elektromagnetiske kompatibilitet.

Bemærk: Når du bruger tilfældig PWM -teknologi, skal dens indflydelse på motorens driftsydelse overvejes fuldt ud. På grund af den tilfældige frekvensændring kan drejningsmomentpulsationen af ​​motoren stige. I henhold til princippet om motorisk dynamik skal motorens driftsstatus overvåges og justeres i realtid. Aktuel kontrol med lukket sløjfe, hastighedskontrol af lukket loop og andre strategier kan bruges til at sikre, at motorens stabile drift.

2. Implementering af bløde start- og bløde stopstrategier

Princip: I øjeblikket af motorstart og stop på grund af den skarpe ændring af strømmen i henhold til loven om elektromagnetisk induktion, genereres stærk elektromagnetisk interferens. De bløde start- og bløde stopstrategier kontrollerer toldcyklusændringshastigheden for PWM -signalet, så motorens strøm og spænding ændres gradvist i henhold til et forudbestemt funktionelt forhold og derved effektivt reducerer den elektromagnetiske interferens. For eksempel kan det at bruge en eksponentiel funktion til at kontrollere driftscyklusændringen gøre ændringen af ​​strøm og spænding glattere.

Specifik betjening: I opstartfasen indstiller i henhold til motorens og systemkravene i henhold til belastningsegenskaberne for motoren og systemkravene en passende opstartstid, såsom 1s. I løbet af denne periode øges pligtcyklussen for PWM -signalet gradvist gennem en eksponentiel stigende funktion for at gøre drivspændingen for motorens stigning støt. I stopfasen er der også indstillet en stoptid, såsom 1,5s, og pwm -signalets driftscyklus reduceres gradvist gennem en eksponentielt faldende funktion for at opnå et langsomt stop for motoren. I BLDC Motor Drive -systemet i en elevator, efter at have vedtaget de bløde start- og bløde stopstrategier, reduceres den elektromagnetiske interferens markant, og glatningsoperationens glathed forbedres.

Bemærk: Tidsindstillingen af ​​blød start og blødt stop skal justeres nøjagtigt i henhold til motorens belastningskarakteristika og det faktiske applikationsscenarie. Hvis tiden er for kort, kan den elektromagnetiske interferens ikke undertrykkes effektivt; Hvis tiden er for lang, vil det påvirke motorens arbejdseffektivitet og responshastighed. De optimale tidsparametre kan bestemmes gennem eksperimentel test- og simuleringsanalyse.