A BLDC motor EMC tervezési és megvalósítási módja

Alapelv: Maxwell egyenletei szerint az elektromágneses interferencia elektromágneses hullámok formájában terjed ki, amelyek váltakozó elektromos és mágneses mező komponenseket tartalmaznak. A fémek nagy elektromos vezetőképességgel és mágneses permeabilitással rendelkeznek. Amikor az elektromágneses interferencia bekövetkezik a fémvédőrétegen, az elektromágneses indukciós törvény szerint az elektromos mező a fém szabad elektronjait irányítja, hogy irányban mozogjon, ezáltal indukált áramot generálva. Lenz törvénye szerint az indukált áram által gerjesztett mágneses mező ellentétes az incidens interferencia mágneses mezőjével, és a kettő egymásra helyezkedik el, hogy hatékonyan kiegyenlítsék az interferencia mágneses mező részét; Ugyanakkor, az elektromos mező határfeltételei szerint, a fémvédőréteg megszakíthatja az elektromos mező terjedési útját, ezáltal árnyékolóhatást érve.

Konkrét működés: A motorgyártási folyamatban, az anyag elektromágneses tulajdonságai alapján, az alumíniumötvözetek (amelynek elektromos vezetőképessége körülbelül 3,5 × 10⁷ s/m, és a relatív mágneses permeabilitás közel 1), és a vas-nikkel-ötvözetek (nagy mágneses permeabilitással, például permalloy, amely egy gyenge mágneses mezőben elérhetők), mint a motorházak). És fogadjon el fejlett tömítési technológiát, például lézeres hegesztést, fém tömítőanyagot stb., A héj hiányainak és lyukainak minimalizálása érdekében az elektromágneses interferencia szivárgásának megakadályozása érdekében. Példaként vegye be a BLDC motort egy ipari automatizálási berendezésbe. Alumíniumötvözet héját használja. A pontos CNC feldolgozási technológián keresztül a héj ízületén lévő rés kevesebb, mint 0,1 mm, ami hatékonyan csökkenti az elektromágneses sugárzás intenzitását. A meghajtó áramköréhez az áramköri táblázat és az elektromágneses interferencia intenzitása szerint egy megfelelő vastagságú fémvédő fedelet választunk ki, például egy rézvédő burkolatot, amelynek vastagsága 0,5-1 mm, és a fémréteg hegesztve van a felületre szerelt technológiával (SMT).

Megjegyzés: Az árnyékolás tervezési folyamatában szigorúan be kell tartani az elektromágneses kompatibilitási tervezési irányelveket, hogy elkerüljék az új interferencia -források kialakulását a különböző árnyékoló rétegek között. Például az autóipari elektronikus rendszerekben a motorházat és a meghajtó áramkör árnyékoló fedelét kondenzátorokon keresztül kell csatlakoztatni, és az izoláló eszközöket, például az optocouplereket használják az elektromos elszigeteléshez, hogy megakadályozzák az új elektromágneses interferenciát, amelyet a potenciális különbség által generált áram okoz. Ezenkívül az árnyékoló réteg földelése nagyon fontos. A földi elmélet szerint gondoskodni kell arról, hogy az alapvető ellenállás kevesebb, mint 0,1Ω legyen a hatékony elektromágneses árnyékolás elérése érdekében.

2. A földelő rendszer gondos felépítése

Alapelv: Az Ohm törvénye és Kirchhoff törvénye szerint a földelés alapvető célja az, hogy alacsony impedancia-visszatérési utat biztosítson az áramhoz, hogy a berendezés fémhéja ugyanolyan potenciállal rendelkezik, mint a Föld. Ez nemcsak elkerülheti a statikus villamosenergia -felhalmozódás és az elektromágneses indukció által okozott nagyfeszültséget a berendezések és a személyzet károsodásától, hanem az elektromágneses interferencia hatékony elnyomását is az elektromágneses indukció elve alapján. Amikor az elektromágneses indukció bekövetkezik a berendezésben, a földelő rendszer gyorsan bevezetheti az indukált áramot a földbe, ezáltal csökkentve a berendezés indukált elektromotív erejét.

Konkrét működés: A motor fémhéja egy külön földelő huzalon keresztül csatlakozik a földhöz. A huzalok és kábelek jelenlegi hordozóképesség-kiszámítási standardja szerint a földelő huzal keresztmetszeti területét pontosan ki kell számolni és ki kell választani a motor névleges teljesítményének és a maximális rövidzárlat-áramnak, amelyet előállíthatunk a megfelelő áramhasználat biztosítása érdekében. Egy 5 kW-os ipari BLDC motorban egy réz földelő huzalt, amelynek keresztmetszeti területe 6 mm², a számítás után választják ki, hogy megfeleljenek az aktuális szállítási követelményeknek rövidzárlati áram mellett. A meghajtó áramkörben, amikor többrétegű nyomtatott áramköri kártyát (PCB) használnak, az egyik réteget kifejezetten az alapsíkként definiálják, és a professzionális PCB-tervező szoftvert (például az Altium Designer) használják a földi VIA-k ésszerű elrendezéséhez, hogy biztosítsák, hogy az egyes alkatrészek földi csapjai csatlakozhassanak a közeli földi síkhoz. Néhány kulcsfontosságú analóg áramköri alkatrészhez, például a motor helyzetérzékelő jelfeldolgozó áramköréhez, egypontos földelési módszert alkalmaznak a talajpotenciálkülönbség által okozott interferencia hatékony csökkentésére.

Megjegyzés: A különböző földelő rendszereknek szigorúan be kell tartaniuk az elektromágneses kompatibilitási tervezési előírásokat a kölcsönös interferencia elkerülése érdekében. Például az orvosi berendezésekben az erőteljes áram földelését és a gyenge áramú földelést független földelő csomagokat kell használni, és az quotential kapcsolatokat a földelő buszon kell létrehozni, hogy megakadályozzák az erős áram interferenciáját, hogy a földelő rendszeren keresztül belépjenek a gyenge áramkörbe. Ugyanakkor a releváns szabványok (például a GB 50169-2016 '' elektromos telepítés mérnöki eszközök felépítését és elfogadási előírásait ') szerint rendszeresen tesztelik annak biztosítása érdekében, hogy az alapvető ellenállás mindig fennmaradjon a megadott tartományban.

3. A szűrők ésszerű konfigurációja

Alapelv: Az elektromos vezetéken végzett interferencia elsősorban a közös üzemmód -interferenciát és a differenciális üzemmód -interferenciát tartalmazza. A közös módú induktor a két vezetékes párhuzamos tekercs speciális szerkezetét használja annak érdekében, hogy a két tekercsben a közös üzemmódban működő áram által generált mágneses fluxus egymással felülmúlja, ezáltal nagy impedanciát mutatva a közös módú áramhoz, és hatékonyan elnyomva a közös módú interferenciát; A differenciálmódú kondenzátor alacsony impedancia-jellemzője a differenciálmód-áramra, a kondenzátor kapacitív reaktanciájának alapján (x_c = frac {1} {2 pi fc}), és megkerülheti a magas frekvenciájú differenciálmódú interferencia jelet. A jelátviteli vonal alacsonyáteresztő szűrője az LC áramkör frekvencia-válasz tulajdonságain alapul. Az induktor és a kondenzátor paramétereinek ésszerűen történő kiválasztásával lehetővé teszi, hogy az alacsony frekvenciájú jelek áthaladjanak, és hatékonyan enyhítsék a magas frekvenciájú interferencia jeleket.

Konkrét művelet: A tápegység áramellátási végén a tápegység feszültségének, áram- és interferencia-frekvenciatartományának megfelelően használja az áramköri elemző szoftvert (például a PSPICE) a pontos számításhoz, és válassza ki a közös üzemmódú induktor és a differenciálmódú kondenzátort megfelelő paraméterekkel a szűrő kialakításához. Például egy 220 V-os, 50Hz-es AC bemeneti tápegység esetén a közös módú induktor induktivitását 5 MH-ként lehet kiválasztani, és a differenciálmódú kondenzátor kapacitását 0,47 μF-ként lehet kiválasztani. A háztartási légkondicionáló BLDC motoros meghajtó tápellátásában a szűrő ezt a paraméterrel történő felhasználása után az elektromos vezetéken végzett beavatkozás jelentősen csökken, megfelelve a vonatkozó elektromágneses kompatibilitási szabványoknak. A jelátviteli vonalon a jel frekvenciájának és sávszélességének megfelelően a szűrő-tervezés elmélete egy alacsony áteresztési szűrő megtervezésére szolgál, megfelelő küszöbfrekvenciával. Például egy 1MHz-es jelátviteli vonal esetén az alacsony áteresztési szűrő küszöbfrekvenciáját 5MHz-re állítják számítással, amely hatékonyan kiszűri a magas frekvenciájú interferenciajeleket.

Megjegyzés: A szűrő paraméter -kiválasztását pontosan meg kell egyezni az áramkör tényleges impedanciájával és frekvenciajellemzőivel, különben a várt szűrési hatás nem érhető el. Ugyanakkor a szűrő telepítési helyzete döntő jelentőségű. Követni kell a legrövidebb elektromágneses interferencia terjedési út elvét, megpróbálni kell az interferencia -forráshoz és a védett áramkörhöz, és csökkenteni kell az interferenciajel kapcsolóját az átviteli folyamat során.

Alapelv: A motor elektromágneses nyomaték -képlete szerint T = K_TI (ahol a K_T a nyomaték állandó, és az I az áram), a PWM jel frekvencia- és üzemi ciklusa közvetlenül befolyásolja a motor áram- és feszültségváltozási sebességét, ezáltal generálva a változó degráek elektromágneses interferenciáját. Amikor a PWM frekvencia más áramkörök természetes vagy érzékeny gyakoriságával rezonál, az interferencia intenzitása exponenciálisan növekszik a rezgéselmélet szerint. A véletlenszerű PWM technológia bevezet egy ál-véletlenszerű szekvenciát a PWM jel rögzített frekvenciájának megzavarására, hogy az interferencia energia egyenletesen oszlik meg egy szélesebb frekvenciatartományban. A teljesítmény spektrum sűrűségelmélete szerint hatékonyan csökkenti az interferencia intenzitását egy adott frekvencián.

Konkrét művelet: A PWM vezérlő algoritmus megtervezésekor használja a Spectrum Analysis eszközöket (például az FFT Analyzer), hogy átfogóan elemezze a rendszer más áramköreinek működési frekvenciáit egy ésszerű PWM frekvenciatartomány meghatározására, hogy elkerülje az érzékeny frekvenciákkal való átfedést. A véletlenszerű PWM technológiához egy lineáris visszacsatolási váltó-regiszter (LFSR) alapú ál-véletlenszerű számgenerátort használunk egy frekvenciaváltozó vezérlőjel előállításához, így a PWM jel frekvenciája véletlenszerűen ingadozik a beállított frekvenciatartományon belül, és az ingadozási tartomány általában ± 15%-ra állítható. Az elektromos jármű BLDC motorvezérlő rendszerében az elektromágneses interferencia intenzitását több mint 10dB -vel csökkentették a véletlenszerű PWM technológia alkalmazása után, ami hatékonyan javította a rendszer elektromágneses kompatibilitását.

Megjegyzés: A véletlenszerű PWM technológia használatakor a motor működési teljesítményére gyakorolt ​​hatását teljes mértékben figyelembe kell venni. A frekvencia véletlenszerű változása miatt a motor nyomatékos pulzálása növekedhet. A motor dinamikájának elve szerint a motor működési állapotát valós időben kell ellenőrizni és beállítani. A jelenlegi zárt hurkú vezérlés, a zárt hurkú vezérlés és egyéb stratégiák felhasználhatók a motor stabil működésének biztosítására.

2.

Alapelv: A motor indulásának és leállításának pillanatában az áram éles változása miatt az elektromágneses indukció törvénye szerint erős elektromágneses interferencia jön létre. A lágy indító és a lágy stratégiák szabályozzák a PWM jel üzemi ciklusának változási sebességét úgy, hogy a motor árama és feszültsége fokozatosan változjon az előre meghatározott funkcionális kapcsolat alapján, ezáltal hatékonyan csökkentve az elektromágneses interferenciát. Például, ha egy exponenciális funkció használata a vámciklus változásának szabályozására, az áram és a feszültség megváltoztatása simábbá teheti.

Konkrét művelet: Az indítási szakaszban a motor terhelési jellemzői és a rendszerkövetelmények szerint állítsa be a megfelelő indítási időt, például az 1S -t. Ebben az időszakban a PWM jel üzemi ciklusa fokozatosan növekszik egy exponenciális emelkedő függvényen keresztül, hogy a motor meghajtó feszültsége folyamatosan emelkedjen. A leállási szakaszban a stop időt is be kell állítani, például az 1,5 -es, és a PWM jel üzemi ciklusa fokozatosan csökken az exponenciálisan csökkenő funkció révén, hogy a motor lassú leállítása elérje. A lift BLDC motoros meghajtó rendszerében a lágy indítási és lágy stratégiák elfogadása után az elektromágneses interferencia jelentősen csökken, és javul a lift művelet simassága.

MEGJEGYZÉS: A lágy indítás és a lágy leállítás időbeállítását pontosan be kell állítani a motor terhelési jellemzői és a tényleges alkalmazás forgatókönyve szerint. Ha az idő túl rövid, akkor az elektromágneses interferencia nem képes hatékonyan elnyomni; Ha az idő túl hosszú, akkor ez befolyásolja a motor működési hatékonyságát és válaszsebességét. Az optimális időparamétereket kísérleti teszteléssel és szimulációs elemzéssel lehet meghatározni.