BLDCモーターのEMC設計および実装方法
ビュー: 0 著者:サイト編集者の公開時間:2025-02-27起源: サイト
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原理:Maxwellの方程式によれば、電磁干渉は、電磁波と交互の電界成分を含む電磁波の形で伝播します。金属は、電気伝導率と磁性透過性が高くなっています。電磁干渉が金属シールド層に入射される場合、電磁誘導の法則に従って、電界は自由電子を金属の自由電子を駆動して方向方向に移動し、それによって誘導電流を生成します。レンツの法則によれば、誘導電流によって励起された磁場は入射干渉磁場とは反対であり、干渉磁場の部分を効果的に相殺するために互いに重ねられています。同時に、電界の境界条件によれば、金属シールド層は電界の伝播経路を遮断することができ、それによってシールド効果を達成できます。
特定の動作:材料の電磁特性に基づいたモーター製造プロセスでは、アルミニウム合金(電気伝導率は約3.5×10秒/mおよび相対磁気透過性が1に近い)および鉄ニッケ透過性(磁気透過性など、10が磁場が適しているように10があります)。レーザー溶接、金属シーラントなどの高度なシーリングテクノロジーを採用して、シェルの隙間と穴を最小限に抑えて、電磁干渉の漏れを防ぎます。例として、産業用自動化機器でBLDCモーターを使用してください。アルミニウム合金シェルを使用しています。正確なCNC処理技術を通じて、シェルのジョイントのギャップは0.1mm未満であり、電磁放射の強度を効果的に低下させます。駆動回路の場合、回路基板のサイズと電磁干渉の強度に応じて、0.5〜1mmの厚さの銅シールドカバーなど、適切な厚さの金属シールドカバーが選択され、金属sh服は表面マウント技術(SMT)によって溶接され、低氷の電気接続がシェイルドカバーと回路基準の間に形成されるようにします。
注:シールド設計プロセスでは、異なるシールドレイヤー間の新しい干渉源の形成を避けるために、電磁互換性設計ガイドラインに厳密に従う必要があります。たとえば、自動車電子システムでは、モーターハウジングと駆動回路シールドカバーをコンデンサを介して結合する必要があり、オプトカプラーなどの分離デバイスは電気分離に使用され、電位差によって生成された電流によって引き起こされる電流によって引き起こされる新しい電磁干渉を防ぐ必要があります。さらに、シールド層の接地は非常に重要です。接地理論によれば、効率的な電磁シールドを達成するには、接地抵抗が0.1Ω未満であることを確認する必要があります。
2。接地システムの慎重な構築
原則:オームの法律とキルチホフの法律によれば、根拠の中心的な目的は、機器の金属シェルが地球と同じ可能性になるように、電流に低inp片のリターンパスを提供することです。これは、装備と人員に害を与えることによる静電気の蓄積と電磁誘導によって引き起こされる高電圧を回避するだけでなく、電磁誘導の原理に基づいて電磁干渉を効果的に抑制することもできます。機器で電磁誘導が発生すると、接地システムは誘導電流を地球に迅速に導入し、それにより機器の誘導電気力を減らします。
特定の動作:モーターの金属シェルは、専用の接地ワイヤを介して地球に接続されています。電線とケーブルの現在のキャリカル容量計算基準によれば、グラウンドワイヤの断面積を正確に計算して選択する必要があります。モーターの定格電力と、十分な電流容量を確保するために生成される最大短絡電流に従って選択する必要があります。 5kWの工業用BLDCモーターでは、計算後に断面積が6mm²の銅接地ワイヤが選択され、短絡電流の下での現在の運搬要件を満たしています。ドライブ回路では、多層印刷回路基板(PCB)を使用すると、1つのレイヤーがグランドプレーンとして特異的に定義され、プロのPCB設計ソフトウェア(Altium Designerなど)を使用して、各コンポーネントのグランドピンを近くの接地面に接続できるようにします。モーターの位置センサー信号処理回路などのいくつかの重要なアナログ回路部品の場合、単一点接地法を使用して、地面の電位差によって引き起こされる干渉を効果的に減らします。
注:異なる接地システムは、相互干渉を避けるために、電磁互換性の設計仕様に厳密に従う必要があります。たとえば、医療機器では、強力な電流の接地と弱い電流の接地は、独立した接地トランクを使用する必要があり、接地バスで等電電接続を行う必要があります。同時に、関連する基準(GB 50169-2016 '電気設置エンジニアリング接地デバイスの構築と受け入れ仕様')に従って、接地接続の信頼性を定期的にテストして、接地抵抗が常に指定された範囲内で維持されるようにします。
3。フィルターの妥当な構成
原則:電力線での実施された干渉には、主に共通モードの干渉と差動モード干渉が含まれます。コモンモードインダクタは、2線の平行巻線の特別な構造を使用して、2つの巻線のコモンモード電流によって生成される磁束を互いに重ね合わせ、それによってコモンモード電流に特徴的な高インピーダンスを提示し、コモンモード干渉を効果的に抑制します。微分モードコンデンサは、コンデンサ(x_c = frac {1} {2 pi fc})の容量性リアクタンスに基づいて、差動モード電流に対して低インピーダンス特性を持ち、高頻度の微分モード干渉信号をバイパスできます。信号伝送ラインのローパスフィルターは、LC回路の周波数応答特性に基づいています。インダクタとコンデンサのパラメーターを合理的に選択することにより、低周波信号が通過し、高周波干渉信号を効果的に減衰させることができます。
特定の操作:電源の電圧、電流、干渉周波数範囲に従って、電源入力端で、正確な計算に回路分析ソフトウェア(PSPICEなど)を使用し、適切なパラメーターを使用してコモンモードインダクタと微分モードコンデンサを選択してフィルターを形成します。たとえば、220V、50Hz AC入力電源の場合、コモンモードインダクタのインダクタンスを5MHとして選択でき、差動モードコンデンサの容量は0.47μFとして選択できます。家庭用エアコンのBLDCモーター駆動電源では、このパラメーターでフィルターを使用した後、電力線での実行された干渉が大幅に削減され、関連する電磁互換標準を満たします。信号伝送ラインでは、信号の周波数と帯域幅に応じて、フィルター設計理論を使用して、適切なカットオフ周波数を持つローパスフィルターを設計します。たとえば、1MHz信号伝送ラインの場合、ローパスフィルターのカットオフ周波数は計算により5MHzに設定され、高周波干渉信号を効果的に除去します。
注:フィルターのパラメーター選択は、回路の実際のインピーダンスおよび周波数特性と正確に一致する必要があります。そうしないと、予想されるフィルタリング効果が達成されない場合があります。同時に、フィルターの設置位置が重要です。最短の電磁干渉伝播パスの原理に従い、干渉源と保護回路に近づき、透過プロセス中の干渉信号の結合を減らす必要があります。
原理:モーターT = K_TIの電磁トルク式(K_Tはトルク定数であり、iは電流です)によれば、PWM信号の周波数とデューティサイクルは、モーターの電流および電圧変化速度に直接影響し、それにより変化する程度の電磁干渉を生成します。 PWM周波数が他の回路の固有周波数または敏感な周波数と共鳴すると、干渉強度は振動理論に従って指数関数的に増加します。ランダムPWMテクノロジーは、PWM信号の固定周波数を破壊するための擬似ランダムシーケンスを導入し、干渉エネルギーがより広い周波数範囲で均等に分布するようにします。パワースペクトル密度理論によれば、特定の周波数での干渉強度を効果的に低下させます。
特定の操作:PWM制御アルゴリズムを設計するときは、スペクトル分析ツール(FFTアナライザーなど)を使用して、システム内の他の回路の動作周波数を包括的に分析して、敏感な周波数との重複を避けるための合理的なPWM周波数範囲を決定します。ランダムPWMテクノロジーの場合、線形フィードバックシフトレジスタ(LFSR)に基づいた擬似ランダム数ジェネレーターを使用して周波数変動制御信号を生成するため、PWM信号の周波数は設定周波数範囲内でランダムに変動し、変動範囲は一般に±15%に設定できます。電気自動車のBLDCモーター制御システムでは、ランダムPWMテクノロジーを使用した後、電磁干渉強度が10dB以上減少し、システムの電磁互換性を効果的に改善しました。
注:ランダムPWMテクノロジーを使用する場合、モーターの動作性能への影響を完全に考慮する必要があります。周波数のランダムな変化により、モーターのトルク脈動が増加する可能性があります。モーターダイナミクスの原則によれば、モーターの動作状況をリアルタイムで監視および調整する必要があります。現在の閉ループ制御、速度閉ループ制御、その他の戦略を使用して、モーターの安定した動作を確保することができます。
2。ソフトスタートおよびソフトストップ戦略の実装
原理:電磁誘導の法則によれば、電流の急激な変化により、モーターの開始と停止の瞬間に、強力な電磁干渉が生成されます。ソフトスタートとソフトストップ戦略は、PWM信号のデューティサイクルの変更率を制御するため、事前に決定された機能関係に応じてモーターの電流と電圧が徐々に変化し、それによって電磁干渉が効果的に減少します。たとえば、指数関数を使用してデューティサイクルの変更を制御すると、電流と電圧の変化がスムーズになります。
特定の操作:スタートアップフェーズでは、モーターの負荷特性とシステム要件に従って、1秒などの適切な起動時間を設定します。この期間中、PWM信号のデューティサイクルは、指数関数的上昇関数を介して徐々に増加し、モーターのドライブ電圧を着実に上昇させます。停止段階では、1.5秒などの停止時間も設定されており、PWM信号のデューティサイクルが指数関数的に減少する関数を介して徐々に減少し、モーターのゆっくりした停止を実現します。エレベーターのBLDCモータードライブシステムでは、ソフトスタートとソフトストップ戦略を採用した後、電磁干渉が大幅に減少し、エレベーター動作の滑らかさが改善されます。
注:ソフトスタートとソフトストップの時間設定は、モーターの負荷特性と実際のアプリケーションシナリオに従って正確に調整する必要があります。時間が短すぎる場合、電磁干渉を効果的に抑制することはできません。時間が長すぎると、モーターの作業効率と応答速度に影響します。最適な時間パラメーターは、実験的テストとシミュレーション分析を通じて決定できます。