BLDC -moottorin EMC -suunnittelu- ja toteutusmenetelmä

Periaate: Maxwellin yhtälöiden mukaan sähkömagneettiset häiriöt etenevät sähkömagneettisten aaltojen muodossa, jotka sisältävät vuorottelevia sähkö- ja magneettikentän komponentteja. Metalleilla on korkea sähkönjohtavuus ja magneettinen läpäisevyys. Kun sähkömagneettiset häiriöt tapahtuvat metallien suojakerroksessa, sähkömagneettisen induktion lain mukaan sähkökenttä ajaa vapaat elektronit metallissa liikkumaan suuntaan, mikä tuottaa indusoidun virran. Lenzin lain mukaan indusoidun virran virittämä magneettikenttä on vastakkainen kuin tulevan häiriömagneettikentän, ja nämä kaksi päällekkäin on päällekkäin toistensa kohdalla tehokkaasti hakeutumismagneettikentän osaan; Samanaikaisesti sähkökentän rajaolosuhteiden mukaan metallisuojakerros voi katkaista sähkökentän etenemisreitin, saavuttaen siten suojausvaikutuksen.

Erityinen toiminta: Moottorin valmistusprosessissa, joka perustuu materiaalin sähkömagneettisiin ominaisuuksiin, alumiiniseoksiin (joiden sähkönjohtavuus on noin 3,5 × 10⁷ s/m ja suhteellinen magneettinen läpäisevyys on lähellä 1) ja rauta-nikkeliseokset (korkealla magneettisella läpäisevyydellä, kuten MOOTTORIONESSIA, MOOTTORIAVALLISUUDEN MATERIAALIT. Ja omaksua edistyksellinen tiivistystekniikka, kuten laserhitsaus, metallitiiviste jne., Kuoren aukkojen ja reikien minimoimiseksi sähkömagneettisten häiriövuotojen estämiseksi. Ota esimerkki BLDC -moottori teollisuusautomaatiolaitteissa. Se käyttää alumiiniseoskuorta. Tarkalla CNC -prosessointitekniikan avulla rako kuoren nivelissä on alle 0,1 mm, mikä vähentää tehokkaasti sähkömagneettisen säteilyn voimakkuutta. Piirilevyn koon ja sähkömagneettisten häiriöiden voimakkuuden mukaan käyttöpiiri valitaan metallisuojapeite, jolla on sopiva paksuus, kuten kuparisuojapeite, jonka paksuus on 0,5-1 mm, ja metalli-shrapneli on hitsattu pinta-asennusteknologialla (SMT) varmistaakseen, että matala impedanssin sähköyhteys on muodostettu pilkkoilun ja piirilevyn välillä.

Huomaa: Suojaussuunnitteluprosessissa sähkömagneettisia yhteensopivuuden suunnitteluohjeita on noudatettava tiukasti uusien häiriölähteiden muodostumisen välttämiseksi eri suojauskerrosten välillä. Esimerkiksi autoteollisuuden elektronisissa järjestelmissä moottorin kotelo ja käyttöpiirinsuojapeite on kytketty kondensaattoreiden läpi, ja sähköiseen eristyslaitteisiin käytetään eristyslaitteita, kuten optokokoonpanoja, jotta potentiaalieron tuottama virran aiheuttama uusi sähkömagneettiset häiriöt estävät. Lisäksi suojakerroksen maadoitus on erittäin tärkeää. Maadoitusteorian mukaan on tarpeen varmistaa, että maadoitusvastus on alle 0,1Ω tehokkaan sähkömagneettisen suojauksen saavuttamiseksi.

2. Maadoitusjärjestelmän huolellinen rakentaminen

Periaate: Ohmin lain ja Kirchhoffin lain mukaan maadoituksen päätarkoitus on tarjota virran matala impedanssin paluupolku siten, että laitteiden metallikuori on samalla potentiaalilla kuin maa. Tämä ei voi vain välttää staattisen sähkön kertymisen ja sähkömagneettisen induktion aiheuttamaa suurta jännitettä aiheuttaen haittaa laitteille ja henkilöstölle, mutta myös tukahduttaa sähkömagneettiset häiriöt tehokkaasti sähkömagneettisen induktion periaatteen perusteella. Kun laitteessa esiintyy sähkömagneettinen induktio, maadoitusjärjestelmä voi nopeasti tuoda indusoidun virran maahan vähentäen siten laitteiden indusoidun sähkömoottorin voiman.

Erityinen toiminta: Moottorin metallikuori on kytketty maahan erillisen maadoitusjohdon kautta. Johtojen ja kaapeleiden nykyisen kantokyvyn laskentastandardin mukaan maadoitusjohdon poikkileikkauspinta-ala on laskettava ja valittava tarkasti moottorin nimellistehon ja suurimman oikosulkuvirran mukaan, joka voidaan tuottaa riittävän virran kantokyvyn varmistamiseksi. 5 kW: n teollisen BLDC-moottorilla valitaan kuparin maadoituslanka, jonka poikkileikkauspinta-ala on 6 mm², laskelman jälkeen nykyisten kuljetusvaatimusten täyttämiseksi oikosulkuvirran alla. Kun käyttöpiirissä käytetään monikerroksista tulostettua piirilevyä (PCB), yksi kerros on määritelty erityisesti maatasoksi, ja ammattimaisen piirilevyn suunnitteluohjelmistoa (kuten Altium Designer) käytetään kohtuudella asettamaan maa-viat sen varmistamiseksi, että kunkin komponentin maatapit voidaan kytkeä lähellä olevaan maatasoon. Joillekin tärkeimmille analogisille piiriosille, kuten moottorin sijaintianturin signaalinkäsittelypiirille, käytetään yhden pisteen maadoitusmenetelmää, joka vähentää tehokkaasti maapallon potentiaalieron aiheuttamaa häiriötä.

HUOMAUTUS: Eri maadoitusjärjestelmien on ehdottomasti noudatettava sähkömagneettisia yhteensopivuuden suunnittelumäärityksiä keskinäisten häiriöiden välttämiseksi. Esimerkiksi lääketieteellisissä laitteissa voimakkaan virran maadoituksen ja heikon virran maadoituksen on käytettävä riippumattomia maadoitusvaunuja, ja potentiaaliset liitännät on tehtävä maadoitusväylässä estääkseen voimakkaita virranhäiriöitä pääsemästä heikkoa virtapiiriä maadoitusjärjestelmän läpi. Samanaikaisesti asiaankuuluvien standardien mukaan (kuten GB 50169-2016 'Sähköasennuksen tekniikan maadoituslaitteiden rakennus- ja hyväksymisvaatimukset '), maadoitusyhteyden luotettavuus testataan säännöllisesti sen varmistamiseksi, että maadoitusvastus säilyy aina tietyllä alueella.

3. Suodattimien kohtuullinen kokoonpano

Periaate: Suoritut voimansiirron häiriöt sisältävät pääasiassa yhteisen tilan häiriöitä ja erilaisia ​​moodin häiriöitä. Yhteisen moodin induktori käyttää sen erityistä rakennetta kahden johdin rinnakkaiskävelillä, jotta magneettinen vuoto on muodostettu yhteisen moodin virran tuottama kahdessa käämityksessä päällekkäin toistensa päällekkäin, mikä esittelee korkean moodivirran kohteena olevan korkean impedanssin ominaisuuden ja tukahduttaa tehokkaasti yhteisen moodin häiriön; Differentiaalimuotokondensaattorilla on alhainen impedanssiominaisuus differentiaalimuotovirtaan, joka perustuu kondensaattorin kapasitiiviseen reaktanssiominaisuuteen (x_c = frac {1} {2 pi fc}), ja se voi ohittaa korkean taajuuden differentiaalimallin häiriösignaalin. Signaalin lähetyslinjan alhaisen päästösuodatin perustuu LC-piirin taajuusvasteominaisuuksiin. Valitsemalla kohtuudella induktorin ja kondensaattorin parametrit, se sallii matalataajuisten signaalien läpäisemisen ja heikentävät tehokkaasti korkean taajuuden häiriösignaaleja.

Erityinen toimenpide: Virtalähteen jännitteen, virran ja häiriötaajuusalueen mukaan virtalähdettä, käytä piirianalyysiohjelmistoa (kuten PSPICE) tarkkoihin laskelmiin ja valitse yhteisen moodin induktori ja differentiaalimallin kondensaattori sopivilla parametreilla suodattimen muodostamiseksi. Esimerkiksi 220 V: n, 50 Hz: n vaihtovirtavirtalähteen, yhteisen moodin induktorin induktanssi voidaan valita 5MH: ksi ja differentiaalimuodon kondensaattorin kapasiteetti voidaan valita 0,47 μF: ksi. Kotitalouksien ilmastointilaitteen BLDC -moottorin käyttövirtalähteessä, kun suodatinta on käytetty tällä parametrilla, suoritetut voimansiirron häiriöt vähenevät huomattavasti, mikä täyttää asiaankuuluvat sähkömagneettiset yhteensopivuusstandardit. Signaalin lähetyslinjassa signaalin taajuuden ja kaistanleveyden mukaan suodattimen suunnitteluteoriaa käytetään alhaisen pääsyn suodattimen suunnitteluun sopivalla rajataajuudella. Esimerkiksi 1MHz: n signaalin lähetyslinjalle alhaisen passisuodattimen rajataajuus asetetaan 5MHz: ksi laskelmalla, mikä suodattaa tehokkaasti korkean taajuuden häiriösignaalit.

HUOMAUTUS: Suodattimen parametrivalinta on sovittava tarkasti piirin todellisen impedanssin ja taajuusominaisuuksien kanssa, muuten odotettua suodatusvaikutusta ei saa saavuttaa. Samanaikaisesti suodattimen asennusasento on ratkaisevan tärkeä. On tarpeen noudattaa lyhyimmän sähkömagneettisen häiriöiden etenemisreitin periaatetta, yrittää olla lähellä häiriölähdettä ja suojattua piiriä ja vähentää häiriösignaalin kytkemistä lähetysprosessin aikana.

Periaate: Moottorin T = K_TI: n sähkömagneettinen vääntömomentin kaava (missä K_T on vääntömomentin vakio ja I on virta), PWM -signaalin taajuus ja käyttöjakso vaikuttaa suoraan moottorin virran ja jännitteen muutoksenopeuteen tuottaen siten erilaisten asteiden sähkömagneettiset häiriöt. Kun PWM -taajuus resonoi muiden piirien luonnollisen taajuuden tai herkän taajuuden kanssa, häiriöintensiteetti kasvaa eksponentiaalisesti värähtelyteorian mukaan. Satunnainen PWM-tekniikka tuo pseudo-satunnaisen sekvenssin PWM-signaalin kiinteän taajuuden häiritsemiseksi siten, että häiriöenergia jakautuu tasaisesti laajemmalla taajuusalueella. Tehon spektritiheysteorian mukaan se vähentää tehokkaasti häiriöintensiteettiä tietyllä taajuudella.

Erityinen toiminta: Kun suunnittelet PWM -ohjausalgoritmia, käytä spektrianalyysityökaluja (kuten FFT -analysaattori) analysoidaksesi järjestelmän muiden piirien toimintataajuuksia kattavasti kohtuullisen PWM -taajuusalueen määrittämiseksi, jotta vältetään päällekkäisyys herkkien taajuuksien kanssa. Satunnaisen PWM-tekniikan kannalta pseudo-satunnaisen numeron generaattoria, joka perustuu lineaariseen palautteen siirtorekisteriin (LFSR), käytetään taajuutta muuttavan ohjaussignaalin tuottamiseen siten, että PWM-signaalin taajuus vaihtelee satunnaisesti asetetun taajuusalueen sisällä ja vaihtelualue voidaan yleensä asettaa ± 15%: iin. Sähköajoneuvon BLDC -moottorin ohjausjärjestelmässä sähkömagneettisen häiriöintensiteetti väheni yli 10 dB: llä satunnaisen PWM -tekniikan käytön jälkeen, mikä paransi järjestelmän sähkömagneettista yhteensopivuutta tehokkaasti.

Huomaa: Kun käytetään satunnaista PWM -tekniikkaa, sen vaikutusta moottorin toimintakykyyn on otettava huomioon täysin. Taajuuden satunnaisen muutoksen vuoksi moottorin vääntömomentin pulsaatio voi kasvaa. Moottorin dynamiikan periaatteen mukaan moottorin käyttötila on tarkkailtava ja säädettävä reaaliajassa. Nykyistä suljetun silmukan ohjausta, nopeuden suljetun silmukan ohjausta ja muita strategioita voidaan käyttää moottorin vakaan toiminnan varmistamiseksi.

2. Pehmeiden käynnistys- ja pehmeiden stop -strategioiden toteuttaminen

Periaate: Moottorin käynnistyksen ja pysähtymisen hetkellä virran terävän muutoksen vuoksi sähkömagneettisen induktion lain mukaan syntyy voimakkaita sähkömagneettisia häiriöitä. Pehmeä aloitus ja pehmeät stop -strategiat hallitsevat PWM -signaalin käyttöjakson muutoksen määrää siten, että moottorin virta ja jännite muuttuvat vähitellen ennalta määrätyn funktionaalisen suhteen mukaan, mikä vähentää tehokkaasti sähkömagneettisia häiriöitä. Esimerkiksi eksponentiaalisen funktion käyttäminen käyttöjakson muutoksen hallitsemiseksi voi tehdä virran ja jännitteen sujuvamman muutoksen.

Erityinen toiminta: Aseta käynnistysvaiheessa moottorin ja järjestelmävaatimusten kuormitusominaisuuksien mukaan sopiva käynnistysaika, kuten 1S. Tänä ajanjaksona PWM -signaalin käyttöjaksoa kasvatetaan vähitellen eksponentiaalisen nousevalla toiminnolla moottorin nousun vetojännitteen saamiseksi tasaisesti. Pysäytysvaiheessa asetetaan myös pysäytysaika, kuten 1,5 sekuntia, ja PWM -signaalin käyttöjakso vähenee vähitellen eksponentiaalisesti vähentämällä toimintaa moottorin hitaan pysähtymisen saavuttamiseksi. Hissin BLDC -moottori -käyttöjärjestelmässä pehmeän käynnistys- ja pehmeän pysäytysstrategian käyttöönoton jälkeen sähkömagneettiset häiriöt vähenevät merkittävästi ja hissin toiminnan sileyttä paranee.

HUOMAUTUS: Pehmeän aloituksen ja pehmeän pysäyn ajan asettaminen on säädettävä tarkasti moottorin kuormitusominaisuuksien ja todellisen sovellusskenaarion mukaan. Jos aika on liian lyhyt, sähkömagneettista häiriötä ei voida tukahduttaa tehokkaasti; Jos aika on liian pitkä, se vaikuttaa moottorin työtehokkuuteen ja vasteenopeuteen. Optimaaliset aikaparametrit voidaan määrittää kokeellisen testauksen ja simulaatioanalyysin avulla.