Metode Desain dan Implementasi EMC Motor BLDC

Prinsip: Menurut persamaan Maxwell, interferensi elektromagnetik merambat dalam bentuk gelombang elektromagnetik, yang berisi komponen medan listrik dan magnet yang bergantian. Logam memiliki konduktivitas listrik yang tinggi dan permeabilitas magnetik. Ketika gangguan elektromagnetik terjadi pada lapisan pelindung logam, menurut hukum induksi elektromagnetik, medan listrik akan menggerakkan elektron bebas dalam logam untuk bergerak dengan arah terarah, sehingga menghasilkan arus yang diinduksi. Menurut hukum Lenz, medan magnet yang bersemangat oleh arus yang diinduksi berlawanan dengan medan magnet gangguan insiden, dan keduanya ditumpangkan satu sama lain untuk secara efektif mengimbangi bagian medan magnet interferensi; Pada saat yang sama, sesuai dengan kondisi batas medan listrik, lapisan pelindung logam dapat memotong jalur propagasi medan listrik, sehingga mencapai efek perisai.

Operasi spesifik: Dalam proses pembuatan motor, berdasarkan sifat elektromagnetik material, paduan aluminium (yang konduktivitas listriknya sekitar 3,5 × 10⁷ S/m dan permeabilitas magnetik relatif mendekati 1) dan paduan besi-nikel (dengan permeabilitas magnetik yang tinggi, seperti permalloy, yang dapat mencapai 10⁵ di medan magnetik yang lemah) adalah magnetika yang lebih tinggi, seperti permalloy, yang dapat mencapai 10⁵ di medan magnetik yang lemah) adalah magnetika yang lebih tinggi, seperti permalloy, yang dapat mencapai 10⁵ di medan magnetik yang lemah) adalah magnetika magnetis, seperti permalloy. Dan mengadopsi teknologi penyegelan canggih, seperti pengelasan laser, sealant logam, dll., Untuk meminimalkan celah dan lubang di cangkang untuk mencegah kebocoran gangguan elektromagnetik. Ambil motor BLDC dalam peralatan otomatisasi industri sebagai contoh. Menggunakan cangkang paduan aluminium. Melalui teknologi pemrosesan CNC yang tepat, celah pada sambungan shell kurang dari 0,1mm, yang secara efektif mengurangi intensitas radiasi elektromagnetik. Untuk sirkuit penggerak, sesuai dengan ukuran papan sirkuit dan intensitas gangguan elektromagnetik, penutup pelindung logam dengan ketebalan yang sesuai dipilih, seperti penutup pelindung tembaga dengan ketebalan 0,5-1mm, dan pecahan peluru logam yang dilas di antara tutupan pemasangan permukaan (SMT) untuk memastikan bahwa koneksi listrik impedansi rendah dibentuk di antara bagian belakang shold.

CATATAN: Dalam proses desain pelindung, pedoman desain kompatibilitas elektromagnetik harus diikuti secara ketat untuk menghindari pembentukan sumber gangguan baru antara berbagai lapisan pelindung. Misalnya, dalam sistem elektronik otomotif, rumah motor dan penutup pelindung sirkuit drive perlu AC digabungkan melalui kapasitor, dan perangkat isolasi seperti optocoupler digunakan untuk isolasi listrik untuk mencegah gangguan elektromagnetik baru yang disebabkan oleh arus yang dihasilkan oleh perbedaan potensial. Selain itu, landasan lapisan pelindung sangat penting. Menurut teori grounding, perlu untuk memastikan bahwa resistensi pentanahan kurang dari 0,1Ω untuk mencapai pelindung elektromagnetik yang efisien.

2. Konstruksi sistem pentanahan yang cermat

Prinsip: Menurut hukum Ohm dan hukum Kirchhoff, tujuan inti dari pembumian adalah untuk menyediakan jalur pengembalian impedansi rendah untuk arus, sehingga cangkang logam peralatan berada pada potensi yang sama dengan bumi. Ini tidak hanya dapat menghindari tegangan tinggi yang disebabkan oleh akumulasi listrik statis dan induksi elektromagnetik dari menyebabkan kerusakan pada peralatan dan personel, tetapi juga secara efektif menekan gangguan elektromagnetik berdasarkan prinsip induksi elektromagnetik. Ketika induksi elektromagnetik terjadi pada peralatan, sistem pentanahan dapat dengan cepat memperkenalkan arus yang diinduksi ke bumi, sehingga mengurangi gaya elektromotif yang diinduksi pada peralatan.

Operasi Khusus: Kerang logam motor terhubung ke Bumi melalui kawat grounding khusus. Menurut standar perhitungan daya dukung saat ini dari kabel dan kabel, luas penampang kawat pentanahan perlu dihitung secara akurat dan dipilih sesuai dengan daya pengenal motor dan arus hubung singkat maksimum yang dapat dihasilkan untuk memastikan kapasitas pengasuhan arus yang memadai. Dalam motor BLDC industri 5kW, kawat grounding tembaga dengan luas penampang 6mm² dipilih setelah perhitungan untuk memenuhi persyaratan tercatat saat ini di bawah arus hubung singkat. Di sirkuit drive, ketika papan sirkuit cetak multi-lapisan (PCB) digunakan, satu lapisan secara khusus didefinisikan sebagai bidang tanah, dan perangkat lunak desain PCB profesional (seperti perancang altium) digunakan untuk secara wajar tata letak tanah untuk memastikan bahwa pin tanah dari masing-masing komponen dapat dihubungkan ke bidang tanah di dekatnya. Untuk beberapa bagian sirkuit analog utama, seperti sirkuit pemrosesan sinyal sensor posisi motor, metode pentanahan titik tunggal digunakan untuk secara efektif mengurangi gangguan yang disebabkan oleh perbedaan potensial tanah.

Catatan: Sistem grounding yang berbeda harus secara ketat mengikuti spesifikasi desain kompatibilitas elektromagnetik untuk menghindari gangguan timbal balik. Misalnya, dalam peralatan medis, landasan arus yang kuat dan landasan arus yang lemah harus menggunakan batang ground independen, dan koneksi ekuipotensial harus dibuat di bus grounding untuk mencegah gangguan arus yang kuat dari memasuki sirkuit arus yang lemah melalui sistem pentanahan. Pada saat yang sama, sesuai dengan standar yang relevan (seperti GB 50169-2016 'Konstruksi Perangkat Teknik Instalasi Listrik dan Spesifikasi Penerimaan '), keandalan koneksi pentanahan diuji secara teratur untuk memastikan bahwa resistansi pentanahan selalu dipertahankan dalam kisaran yang ditentukan.

3. Konfigurasi filter yang masuk akal

Prinsip: Gangguan yang dilakukan pada saluran listrik terutama mencakup gangguan mode umum dan gangguan mode diferensial. Induktor mode-umum menggunakan struktur khusus belitan paralel dua kawat untuk membuat fluks magnetik yang dihasilkan oleh arus mode umum dalam dua belitan saling menumpahkan, sehingga menghadirkan karakteristik impedansi tinggi ke arus mode umum dan secara efektif menekan gangguan mode umum; Kapasitor mode diferensial memiliki karakteristik impedansi yang rendah untuk arus mode diferensial berdasarkan karakteristik reaktansi kapasitif dari kapasitor (x_c = frac {1} {2 pi fc}), dan dapat mem-bypass sinyal gangguan mode diferensial-frekuensi tinggi. Filter low-pass pada saluran transmisi sinyal didasarkan pada karakteristik respons frekuensi dari sirkuit LC. Dengan memilih parameter induktor dan kapasitor, ini memungkinkan sinyal frekuensi rendah untuk melewati dan secara efektif melemahkan sinyal interferensi frekuensi tinggi.

Operasi spesifik: Pada ujung input daya, sesuai dengan rentang tegangan, arus dan frekuensi interferensi dari catu daya, menggunakan perangkat lunak analisis sirkuit (seperti PSPICE) untuk perhitungan yang akurat, dan pilih induktor mode umum dan kapasitor mode diferensial dengan parameter yang sesuai untuk membentuk filter. Sebagai contoh, untuk catu daya input AC 220V, 50Hz AC, induktansi induktor mode-umum dapat dipilih sebagai 5MH, dan kapasitas kapasitor mode diferensial dapat dipilih sebagai 0,47μF. Dalam catu daya drive motor BLDC dari AC rumah tangga, setelah menggunakan filter dengan parameter ini, gangguan yang dilakukan pada saluran listrik sangat berkurang, memenuhi standar kompatibilitas elektromagnetik yang relevan. Pada saluran transmisi sinyal, sesuai dengan frekuensi dan bandwidth sinyal, teori desain filter digunakan untuk merancang filter low-pass dengan frekuensi cutoff yang sesuai. Misalnya, untuk saluran transmisi sinyal 1MHz, frekuensi cutoff dari filter low-pass diatur ke 5MHz berdasarkan perhitungan, yang secara efektif memfilter sinyal interferensi frekuensi tinggi.

Catatan: Pilihan parameter filter harus dicocokkan secara akurat dengan impedansi aktual dan karakteristik frekuensi sirkuit, jika tidak efek penyaringan yang diharapkan tidak dapat dicapai. Pada saat yang sama, posisi instalasi filter sangat penting. Penting untuk mengikuti prinsip jalur propagasi interferensi elektromagnetik terpendek, cobalah untuk mendekati sumber interferensi dan sirkuit yang dilindungi, dan mengurangi kopling sinyal interferensi selama proses transmisi.

Prinsip: Menurut rumus torsi elektromagnetik motor T = K_TI (di mana K_T adalah konstanta torsi dan I adalah arus), frekuensi dan siklus tugas sinyal PWM akan secara langsung mempengaruhi laju perubahan motor arus dan tegangan, sehingga menghasilkan gangguan elektromagnetik dari berbagai tingkat. Ketika frekuensi PWM beresonansi dengan frekuensi alami atau frekuensi sensitif dari sirkuit lain, intensitas gangguan akan meningkat secara eksponensial sesuai dengan teori getaran. Teknologi PWM acak memperkenalkan urutan pseudo-acak untuk mengganggu frekuensi tetap dari sinyal PWM, sehingga energi interferensi didistribusikan secara merata dalam rentang frekuensi yang lebih luas. Menurut teori kepadatan spektrum daya, secara efektif mengurangi intensitas interferensi pada frekuensi tertentu.

Operasi Khusus: Saat merancang algoritma kontrol PWM, gunakan alat analisis spektrum (seperti penganalisa FFT) untuk secara komprehensif menganalisis frekuensi operasi sirkuit lain dalam sistem untuk menentukan rentang frekuensi PWM yang masuk akal untuk menghindari tumpang tindih dengan frekuensi sensitif. Untuk teknologi PWM acak, generator bilangan pseudo-acak berdasarkan register shift umpan balik linier (LFSR) digunakan untuk menghasilkan sinyal kontrol yang bervariasi frekuensi, sehingga frekuensi sinyal PWM berfluktuasi secara acak dalam rentang frekuensi yang ditetapkan, dan rentang fluktuasi umumnya dapat diatur ke ± 15%. Dalam sistem kontrol motor BLDC dari kendaraan listrik, intensitas gangguan elektromagnetik berkurang lebih dari 10dB setelah teknologi PWM acak digunakan, secara efektif meningkatkan kompatibilitas elektromagnetik sistem.

Catatan: Saat menggunakan teknologi PWM acak, dampaknya pada kinerja operasi motor harus sepenuhnya dipertimbangkan. Karena perubahan frekuensi acak, denyut torsi motor dapat meningkat. Menurut prinsip dinamika motor, status operasi motor perlu dipantau dan disesuaikan secara real time. Kontrol loop tertutup saat ini, kontrol loop tertutup dan strategi lainnya dapat digunakan untuk memastikan operasi motor yang stabil.

2. Implementasi Soft Start dan Soft Stop Strategies

Prinsip: Pada saat motor mulai dan berhenti, karena perubahan arus yang tajam, menurut hukum induksi elektromagnetik, gangguan elektromagnetik yang kuat akan dihasilkan. Strategi start soft dan soft stop mengontrol laju perubahan siklus tugas dari sinyal PWM sehingga arus dan tegangan motor secara bertahap berubah sesuai dengan hubungan fungsional yang telah ditentukan, sehingga secara efektif mengurangi gangguan elektromagnetik. Misalnya, menggunakan fungsi eksponensial untuk mengontrol perubahan siklus tugas dapat membuat perubahan arus dan tegangan lebih halus.

Operasi spesifik: Pada fase startup, sesuai dengan karakteristik beban motor dan persyaratan sistem, menetapkan waktu startup yang sesuai, seperti 1S. Selama periode ini, siklus tugas sinyal PWM secara bertahap meningkat melalui fungsi peningkatan eksponensial untuk membuat tegangan penggerak motor naik dengan mantap. Pada tahap penghentian, waktu berhenti juga ditetapkan, seperti 1.5s, dan siklus tugas sinyal PWM secara bertahap dikurangi melalui fungsi penurunan eksponensial untuk mencapai penghentian motor yang lambat. Dalam sistem drive motor BLDC dari lift, setelah mengadopsi soft start dan strategi berhenti lunak, gangguan elektromagnetik berkurang secara signifikan, dan kehalusan operasi lift ditingkatkan.

Catatan: Pengaturan waktu start lunak dan berhenti lunak perlu disesuaikan secara akurat sesuai dengan karakteristik beban motor dan skenario aplikasi yang sebenarnya. Jika waktunya terlalu singkat, gangguan elektromagnetik tidak dapat ditekan secara efektif; Jika waktunya terlalu lama, itu akan mempengaruhi efisiensi kerja dan kecepatan respons motor. Parameter waktu yang optimal dapat ditentukan melalui pengujian eksperimental dan analisis simulasi.