EMC -Design- und Implementierungsmethode des BLDC -Motors

Prinzip: Gemäß den Gleichungen von Maxwell verbreitet sich elektromagnetische Interferenzen in Form von elektromagnetischen Wellen, die abwechselnde elektrische und magnetische Feldkomponenten enthalten. Metalle haben eine hohe elektrische Leitfähigkeit und magnetische Permeabilität. Wenn elektromagnetische Störungen auf der Metallabschichtschicht nach dem Gesetz der elektromagnetischen Induktion auftreten, treibt das elektrische Feld die freien Elektronen im Metall, um sich richtungsweise zu bewegen, wodurch ein induzierter Strom erzeugt wird. Nach dem Gesetz von Lenz ist das durch den induzierte Strom angeregte Magnetfeld dem Magnetfeld des einfallenden Interferenzs entgegengesetzt, und die beiden sind aufeinander überlagert, um einen Teil des Interferenzmagnetfeldes effektiv auszugleichen. Gleichzeitig kann nach den Randbedingungen des elektrischen Feldes die Metallabschichtschicht den Ausbreitungsweg des elektrischen Feldes abschneiden und damit einen Abschirmeffekt erzielen.

Spezifischer Betrieb: Beim motorischen Herstellungsprozess, basierend auf den elektromagnetischen Eigenschaften des Materials, sind Aluminiumlegierungen (deren elektrische Leitfähigkeit etwa 3,5 × 10 ° C und die relative magnetische Permeabilität nahe 1 beträgt). Und übernehmen fortschrittliche Versiegelungstechnologie wie Laserschweißen, Metalldichtmittel usw., um die Lücken und Löcher in der Schale zu minimieren, um elektromagnetische Interferenzleckage zu verhindern. Nehmen Sie den BLDC -Motor als Beispiel in einer industriellen Automatisierungsausrüstung. Es verwendet eine Aluminiumlegierungschale. Durch die präzise CNC -Verarbeitungstechnologie beträgt die Lücke an der Verbindung der Hülle weniger als 0,1 mm, was die Intensität der elektromagnetischen Strahlung effektiv reduziert. Für den Antriebskreis nach der Größe der Leiterplatte und der Intensität der elektromagnetischen Interferenz wird eine Metallabdeckung mit angemessener Dicke ausgewählt, wie z.

HINWEIS: Beim Abschirmungsdesign -Prozess müssen die Richtlinien für elektromagnetische Kompatibilitätsentwurfsentwürfe streng befolgt werden, um die Bildung neuer Interferenzquellen zwischen verschiedenen Abschirmschichten zu vermeiden. Beispielsweise müssen in den elektronischen Systemen Automobilsysteme der Motorgehäuse und die Abdeckung des Antriebsschaltungsschaltungsabzugs durch Kondensatoren mit Wechselstrom gekoppelt werden, und Isolationsgeräte wie Optokoppler werden für die elektrische Isolierung verwendet, um eine neue elektromagnetische Interferenz zu verhindern, die durch den Strom verursacht wird, der durch den Potentialunterschied erzeugt wird. Darüber hinaus ist die Erdung der Abschirmschicht sehr wichtig. Nach der Erdungstheorie ist es notwendig, sicherzustellen, dass der Erdungswiderstand weniger als 0,1 Ω beträgt, um eine effiziente elektromagnetische Abschirmung zu erreichen.

2. sorgfältiger Bau des Erdungssystems

Prinzip: Nach dem Gesetz von Ohm und Kirchhoffs Gesetz besteht der zentrale Zweck der Erdung darin, einen Rückgängerweg für den Strom mit geringer Impedanz zu gewährleisten, so dass die Metallschale des Geräts das gleiche Potenzial wie die Erde hat. Dies kann nicht nur die hohe Spannung vermeiden, die durch statische Stromakkumulation und elektromagnetische Induktion verursacht wird, indem es Schäden an Geräten und Personal verursacht, sondern auch die elektromagnetische Interferenz basierend auf dem Prinzip der elektromagnetischen Induktion effektiv unterdrücken. Wenn in der Ausrüstung eine elektromagnetische Induktion auftritt, kann das Erdungssystem den induzierten Strom schnell in die Erde einführen und damit die induzierte elektromotive Kraft auf die Ausrüstung verringern.

Spezifischer Betrieb: Die Metallhülle des Motors ist durch einen speziellen Erdungsdraht mit der Erde verbunden. Gemäß dem Berechnungsstandard für die Stromkapazität von Drähten und Kabeln muss die Querschnittsfläche des Erdungsdrahtes genau berechnet und gemäß der Nennleistung des Motors und des maximalen Kurzschlussstroms ausgewählt werden, der erzeugt werden kann, um eine ausreichende Stromtransportkapazität zu gewährleisten. In einem 5-kW-industriellen Bldc-Motor wird nach der Berechnung ein Kupfer-Erdungsdraht mit einer Querschnittsfläche von 6 mm² ausgewählt, um die aktuellen Traganforderungen unter kurzer Kreislaufstrom zu erfüllen. In der Antriebsschaltung wird eine Schicht spezifisch als Erdungsebene definiert, wenn eine mehrschichtige gedruckte Leiterplatte (PCB) verwendet wird, und die professionelle PCB-Designsoftware (z. B. Altium-Designer) verwendet wird, um die Bodenvias vernünftig zu lagern, um sicherzustellen, dass die Bodenstifte jeder Komponente in der Nähe der Bodenebene in der Nähe verbunden werden können. Für einige wichtige Analogkreisteile, wie den Positionssensor-Signalverarbeitungskreis des Motors, wird ein Einzelpunkt-Erdungsmethode verwendet, um die durch die Bodenpotentialdifferenz verursachte Interferenz effektiv zu verringern.

Hinweis: Verschiedene Erdungssysteme müssen strikt den Spezifikationen für elektromagnetische Kompatibilitätsdesign folgen, um gegenseitige Interferenzen zu vermeiden. Beispielsweise müssen in medizinischen Geräten eine starke Stromerdung und die schwache Stromerde unabhängige Erdungsstämme verwenden, und im Erdungsbus müssen Ausrüstungsanschlüsse hergestellt werden, um zu verhindern, dass starke Stromstörungen durch das Erdungssystem in den schwachen Stromkreis eintreten. Gleichzeitig wird gemäß den relevanten Standards (z. B. GB 50169-2016 'Elektroinstallationstechnik Erdungsgeräte- und Akzeptanzspezifikationen ') regelmäßig getestet, um sicherzustellen, dass der Erdungswiderstand immer innerhalb des angegebenen Bereichs aufrechterhalten wird.

3.. Angemessene Konfiguration von Filtern

Prinzip: Die durchgeführte Interferenz auf der Stromleitung umfasst hauptsächlich Störungen des gemeinsamen Modus und Differentialmodus. Der Common-Mode-Induktor verwendet seine spezielle Struktur der zwei Draht-Parallelwicklung, um den magnetischen Fluss zu, der durch den Common-Mode-Strom in den beiden Wicklungen erzeugt wird, wodurch ein hoher Impedanz-charakteristisch ist, der den Common-Mode-Strom charakteristisch ist, und die Common-Mode-Interferenz effektiv unterdrückt. Der Differential-Mode-Kondensator hat eine niedrige Impedanz-charakteristisch für den Differentialmodusstrom auf der Grundlage der kapazitiven Reaktanzcharakteristik des Kondensators (x_c = frac {1} {2 pi fc}) und kann das hochfrequenzdifferentiale Modus-Interferenzsignal umgehen. Der Tiefpassfilter auf der Signalübertragungsleitung basiert auf den Frequenzgangeigenschaften des LC-Schaltkreises. Durch die vernünftige Auswahl der Parameter des Induktors und des Kondensators können Niederfrequenzsignale durch die Durchführung von Hochfrequenz-Interferenzsignalen durchlaufen und effektiv abschwächt.

Spezifischer Betrieb: Verwenden Sie am Ende der Spannung, des Strom- und Interferenzfrequenzbereichs der Stromversorgung die Schaltungsanalyse-Software (z. B. PSPICE) für eine genaue Berechnung und wählen Sie den Kondensator für Common-Mode-Induktor und Differentialmodus mit geeigneten Parametern, um einen Filter zu bilden. Beispielsweise kann für eine 220 V, 50-Hz-Wechselstromeingangsleistung die Induktivität des Common-Mode-Induktors als 5 mH ausgewählt werden, und die Kapazität des Differential-Mode-Kondensators kann als 0,47 μf ausgewählt werden. In der BLDC Motor Drive Netzteil einer Haushaltsklimaanlage wird nach Verwendung des Filters mit diesem Parameter die durchgeführte Interferenz auf der Stromleitung stark reduziert, wodurch die relevanten elektromagnetischen Kompatibilitätsstandards erfüllt werden. Auf der Signalübertragungslinie wird nach der Frequenz und der Bandbreite des Signals die Filterentwurfstheorie verwendet, um einen Tiefpassfilter mit einer geeigneten Grenzfrequenz zu entwerfen. Beispielsweise wird für eine 1-MHz-Signalübertragungslinie die Grenzfrequenz des Tiefpassfilters durch Berechnung auf 5 MHz eingestellt, was effektiv hochfrequente Interferenzsignale herausstellt.

Hinweis: Die Parameterauswahl des Filters muss genau mit der tatsächlichen Impedanz- und Frequenzeigenschaften der Schaltung übereinstimmen, da ansonsten der erwartete Filterungseffekt möglicherweise nicht erreicht werden. Gleichzeitig ist die Installationsposition des Filters von entscheidender Bedeutung. Es ist notwendig, dem Prinzip des kürzesten Ausbreitungsweges für elektromagnetische Interferenzen zu folgen, nahe an der Interferenzquelle und dem geschützten Schaltkreis zu sein und die Kopplung des Interferenzsignals während des Übertragungsprozesses zu verringern.

Prinzip: Gemäß der elektromagnetischen Drehmomentformel des Motors t = k_ti (wobei k_t die Drehmomentkonstante und ich der Strom ist) wirkt sich die Frequenz- und Arbeitszyklus des PWM -Signals direkt auf die Strom- und Spannungsänderungsrate des Motors aus, wodurch elektromagnetische Interferenzen von variierenden Degreer erzeugt werden. Wenn die PWM -Frequenz bei der Naturfrequenz oder der empfindlichen Frequenz anderer Schaltungen in Anspruch nimmt, nimmt die Interferenzintensität nach der Vibrationstheorie exponentiell zu. Die zufällige PWM-Technologie führt eine Pseudo-Random-Sequenz ein, um die feste Frequenz des PWM-Signals zu stören, so dass die Interferenzenergie gleichmäßig in einem breiteren Frequenzbereich verteilt ist. Gemäß der Power -Spektrum -Dichte -Theorie reduziert es die Interferenzintensität mit einer bestimmten Frequenz wirksam.

Spezifischer Betrieb: Verwenden Sie beim Entwerfen des PWM -Steuerungsalgorithmus Spektrumanalysetools (z. B. FFT -Analysator), um die Betriebsfrequenzen anderer Schaltungen im System umfassend zu analysieren, um einen angemessenen PWM -Frequenzbereich zu bestimmen, um Überlappung mit empfindlichen Frequenzen zu vermeiden. Für die zufällige PWM-Technologie wird ein Pseudo-Random-Zahlengenerator basierend auf einem linearen Rückkopplungsschaltregister (LFSR) verwendet, um ein frequenzvariiertes Kontrollsignal zu erzeugen, sodass die Frequenz des PWM-Signals zufällig innerhalb des festgelegten Frequenzbereichs schwankt, und der Fluktuationsbereich kann im Allgemeinen auf ± 15%eingestellt werden. Im BLDC -Motorsteuerungssystem eines Elektrofahrzeugs wurde die elektromagnetische Interferenzintensität um mehr als 10 dB reduziert, nachdem die zufällige PWM -Technologie verwendet worden war, was die elektromagnetische Kompatibilität des Systems effektiv verbesserte.

HINWEIS: Bei der Verwendung der zufälligen PWM -Technologie muss die Auswirkungen auf die Betriebsleistung des Motors vollständig berücksichtigt werden. Aufgrund der zufälligen Frequenzänderung kann die Drehmomentpulsation des Motors zunehmen. Nach dem Prinzip der Motordynamik muss der Betriebsstatus des Motors in Echtzeit überwacht und angepasst werden. Die Stromsteuerung mit geschlossenen Schleife, Geschwindigkeitsscheibensteuerung und andere Strategien können verwendet werden, um den stabilen Betrieb des Motors zu gewährleisten.

2. Implementierung von Soft Start und Soft Stop Strategies

Prinzip: Im Moment des motorischen Starts und Stopps aufgrund der starken Stromänderung nach dem Gesetz der elektromagnetischen Induktion wird eine starke elektromagnetische Interferenz erzeugt. Die Strategien für weiche Start- und Soft -Stop -Strategien steuern die Änderungsrate des PWM -Signals, so dass sich der Strom und die Spannung des Motors nach einer vorgegebenen funktionellen Beziehung allmählich ändern, wodurch die elektromagnetische Interferenz effektiv reduziert wird. Beispielsweise kann die Verwendung einer exponentiellen Funktion zur Steuerung der Änderung des Arbeitszyklus die Änderung des Stroms und die Spannung reibungsloser machen.

Spezifischer Betrieb: Stellen Sie in der Startphase nach den Lasteigenschaften des Motors und der Systemanforderungen eine geeignete Startzeit wie 1s fest. Während dieser Zeit wird der Arbeitszyklus des PWM -Signals durch eine exponentielle Anstiegsfunktion allmählich erhöht, um die Antriebsspannung des Motors stetig zu steigern. In der Stoppstufe wird auch eine Stoppzeit festgelegt, z. B. 1,5s, und der Arbeitszyklus des PWM -Signals wird durch eine exponentiell abnehmende Funktion allmählich reduziert, um einen langsamen Stopp des Motors zu erreichen. Im BLDC -Motorantriebssystem eines Aufzugs wird nach der Einführung des Softstarts und der Soft -Stopp -Strategien die elektromagnetische Störung erheblich verringert und die Glätte des Aufzugsbetriebs verbessert.

HINWEIS: Die zeitliche Einstellung von Soft Start und Soft Stop muss entsprechend den Lasteigenschaften des Motors und dem tatsächlichen Anwendungsszenario genau angepasst werden. Wenn die Zeit zu kurz ist, kann die elektromagnetische Interferenz nicht effektiv unterdrückt werden. Wenn die Zeit zu lang ist, wirkt sich dies auf die Arbeitseffizienz und die Reaktionsgeschwindigkeit des Motors aus. Die optimalen Zeitparameter können durch experimentelle Test- und Simulationsanalyse bestimmt werden.