Метод проектування та впровадження EMC двигуна BLDC

Принцип: Згідно з рівняннями Максвелла, електромагнітні інтерференції поширюються у вигляді електромагнітних хвиль, які містять чергування компонентів електричного та магнітного поля. Метали мають високу електропровідність та магнітну проникність. Коли електромагнітні перешкоди падають на металевому екранувальному шарі, згідно із законом електромагнітної індукції, електричне поле буде керувати вільними електронами в металі, щоб рухатися спрямовано, генеруючи індукований струм. Відповідно до закону Ленца, магнітне поле, збуджене індукованим струмом, протилежне падаючому перешкоді магнітному полі, і вони накладаються один на одного, щоб ефективно компенсувати частину магнітного поля перешкод; У той же час, згідно з граничними умовами електричного поля, металевий екранований шар може відрізати шлях розповсюдження електричного поля, тим самим досягаючи екрануючого ефекту.

Конкретна робота: У процесі виготовлення двигуна, заснований на електромагнітних властивостях матеріалу, алюмінієвих сплавів (електрична провідність яких приблизно 3,5 × 10 ° с/м та відносна магнітна проникність, близька до 1) та залізних нікельських сплавів (з високою магнітною проникністю, наприклад, як проникнення, які можуть досягти 10⁵ у слабкому магнітному полі), як проникнення. І прийняти вдосконалену герметичну технологію, таку як лазерне зварювання, металевий герметик тощо, щоб мінімізувати прогалини та отвори в оболонці, щоб запобігти витоку електромагнітних перешкод. Візьміть на приклад двигун BLDC в обладнанні промислової автоматизації. Він використовує оболонку з алюмінієвого сплаву. Завдяки точній технології обробки ЧПУ зазор на суглобі оболонки менше 0,1 мм, що ефективно знижує інтенсивність електромагнітного випромінювання. Для приводного ланцюга, відповідно до розміру ланцюгової плати та інтенсивності електромагнітних перешкод, вибирається металева екрана з відповідною товщиною, наприклад, мідна екрана з товщиною 0,5-1 мм, а металевий крем, зварений технологіями поверхневого кріплення (SMT), щоб забезпечити, щоб електричне з'єднання з низьким рівнем іміджі утворюється між кришкою екрана та накладкою.

Примітка. У процесі екранованого проектування необхідно дотримуватися інструкції з дизайну електромагнітної сумісності, щоб уникнути утворення нових джерел перешкод між різними шарами екранування. Наприклад, в автомобільних електронних системах корпус двигуна та екранування ланцюга приводу повинні бути змінені змінними конденсаторами, а для електричної ізоляції використовуються пристрої для ізоляції, такі як оптокольфери, для запобігання нової електромагнітної перешкоди, спричиненої струмом, що генерується різницею потенціалу. Крім того, заземлення екрануючого шару дуже важливе. Згідно з теорією заземлення, необхідно забезпечити, щоб опір заземлення становив менше 0,1 Ом для досягнення ефективного електромагнітного екранування.

2. Ретельна конструкція системи заземлення

Принцип: Відповідно до закону Ома та закону Кірххоффа, основна мета заземлення-забезпечити шлях повернення низького імпедансу для течії, так що металева оболонка обладнання була тим же потенціалом, що і Земля. Це може не тільки уникнути високої напруги, спричиненої статичним накопиченням електроенергії та електромагнітною індукцією від заподіяння шкоди обладнання та персоналу, але й ефективно пригнічувати електромагнітні перешкоди на основі принципу електромагнітної індукції. Коли в обладнанні відбувається електромагнітна індукція, система заземлення може швидко ввести в землю індукований струм, тим самим зменшуючи індуковану електрорушійну силу на обладнання.

Конкретна робота: металева оболонка двигуна з'єднана з землею через виділений заземлюючий дріт. Відповідно до стандарту розрахунку потоку проводу проводів та кабелів, площа поперечного перерізу заземлюючого проводу повинна бути точно обчислена та обрана відповідно до номінальної потужності двигуна та максимального струму короткого замикання, який може бути створений для забезпечення достатньої потужності струму. У двигуні промислового BLDC 5 кВт мідний заземлюючий дріт з площею поперечного перерізу 6 мм² вибирається після розрахунку для задоволення поточних вимог до перенесення за струмом короткого замикання. У ланцюзі приводу, коли використовується багатошарова друкована плата (PCB), один шар конкретно визначається як площина заземлення, а професійне програмне забезпечення для проектування PCB (наприклад, дизайнер Altium) використовується для обґрунтованого розміщення наземних віас, щоб гарантувати, що наземні шпильки кожного компонента могли бути підключені до наземної площини поблизу. Для деяких ключових деталей аналогових ланцюгів, таких як схема обробки сигналу датчика положення двигуна, одноточний метод заземлення використовується для ефективного зменшення перешкод, спричиненої різницею потенціалу заземлення.

Примітка: Різні системи заземлення повинні суворо дотримуватися специфікацій проектування електромагнітної сумісності, щоб уникнути взаємних перешкод. Наприклад, в медичному обладнанні сильне заземлення струму та слабке заземлення струму повинні використовувати незалежні заземлення, а еквпотенціальні з'єднання повинні бути здійснені на шині заземлення, щоб запобігти сильному втручанню струму входити в схему слабкого струму через систему заземлення. У той же час, відповідно до відповідних стандартів (наприклад, GB 50169-2016 'Електрична установка інженерної інженерії заземлення та специфікації прийняття '), надійність заземлення підключення регулярно перевіряється, щоб забезпечити опір заземлення завжди підтримується в межах зазначеного діапазону.

3. Розумна конфігурація фільтрів

Принцип: Проведені перешкоди на лінії електропередачі в основному включають перешкоди загального режиму та диференціального режиму. Індуктор загального режиму використовує свою спеціальну структуру двопровідної паралельної обмотки, щоб зробити магнітний потік, що генерується за допомогою струму загального режиму у двох обмотках, накладаючи один одного, тим самим представляючи високий імпеданс, характерний для струму загального режиму та ефективно придушуючи загальний режим перешкод; Конденсатор диференціального режиму має низький імпеданс, характерний для струму диференціального режиму на основі ємнісної реактивності, характерного для конденсатора (x_c = frac {1} {2 pi fc}) і може обійти сигнал інтерференційного режиму високої частоти. Фільтр низького пропуску на лінії передачі сигналу заснований на характеристиках частотної відповіді ланцюга LC. Обґрунтовано вибираючи параметри індуктора та конденсатора, він дозволяє низькочастотним сигналам проходити через та ефективно послаблює високочастотні інтерференційні сигнали.

Конкретна робота: на вхідному кінці живлення відповідно до діапазону частот напруги, струму та перешкод джерела живлення, використовуйте програмне забезпечення для аналізу схеми (наприклад, PSPICE) для точного обчислення та виберіть конденсатор індуктора загального режиму та диференціального режиму з відповідними параметрами для формування фільтра. Наприклад, для вхідного джерела живлення змінного струму 220 В 50 Гц індуктивність індуктора загального режиму може бути обрана як 5мт, а ємність конденсатора диференціального режиму може бути обрана в якості 0,47 мкФ. У джерелі приводу двигуна BLDC домашнього кондиціонера, після використання фільтра з цим параметром, проведена перешкода на лінії електропередачі значно зменшується, дотримуючись відповідних стандартів електромагнітної сумісності. На лінії передачі сигналу, згідно з частотою та пропускною здатністю сигналу, теорія проектування фільтра використовується для розробки фільтра з низьким пропуском з відповідною частотою відсічення. Наприклад, для лінії передачі сигналу 1 МГц частота відсічення фільтра з низьким пропуском встановлюється на 5 МГц за допомогою обчислення, що ефективно фільтрує високочастотні інтерференційні сигнали.

Примітка. Вибір параметрів фільтра повинен точно відповідати фактичному імпедансі та частотних характеристиках схеми, інакше очікуваний ефект фільтрації може не бути досягнуто. У той же час, положення встановлення фільтра має вирішальне значення. Необхідно дотримуватися принципу найкоротшого шляху розповсюдження електромагнітних перешкод, намагатися бути близьким до джерела перешкод та захищеного ланцюга та зменшити з'єднання сигналу перешкод під час процесу передачі.

Принцип: Відповідно до електромагнітної формули мотора T = K_TI (де K_T - константа крутного моменту, а I - струм), частота та робочий цикл сигналу ШІМ безпосередньо впливатимуть на швидкість зміни струму та напруги двигуна, тим самим генеруючи електромагнітну перешкоду різного градусів. Коли частота ШІМ резонує з природною частотою або чутливою частотою інших ланцюгів, інтенсивність перешкод збільшиться експоненціально відповідно до теорії вібрації. Випадкова технологія ШІМ вводить послідовність псевдо-рендому для порушення фіксованої частоти сигналу ШІМ, так що енергія інтерференції рівномірно розподіляється в більш широкому діапазоні частот. Відповідно до теорії щільності спектру потужності, вона ефективно знижує інтенсивність перешкод на певній частоті.

Конкретна робота: При проектуванні алгоритму управління ШІМ використовуйте інструменти аналізу спектру (наприклад, FFT Analyzer) для всебічного аналізу робочих частот інших ланцюгів у системі для визначення розумного діапазону частот PWM, щоб уникнути перекриття з чутливими частотами. Для випадкових технологій ШІМ генератор псевдо-рендому на основі лінійного регістра зсуву зворотного зв'язку (LFSR) використовується для генерування сигналу контролю, що змінюється частотою, так що частота сигналу ШІМ коливається випадковим чином в межах встановленого діапазону частот, а діапазон коливань може загалом встановлювати ± 15%. У системі управління двигуном BLDC електричного транспортного засобу інтенсивність електромагнітних перешкод зменшувалася більш ніж на 10 дБ після використання випадкової технології ШІМ, ефективно покращуючи електромагнітну сумісність системи.

Примітка. При використанні випадкових технологій ШІМ це вплив на ефективність роботи мотороку повинен бути повністю врахований. Через випадкову зміну частоти може збільшуватися пульсація крутного моменту. Відповідно до принципу динаміки двигуна, операційний стан двигуна потрібно контролювати та регулювати в режимі реального часу. Поточний контроль із закритою циклом, швидкість управління закритою циклом та інші стратегії можуть бути використані для забезпечення стабільної роботи двигуна.

2. Впровадження стратегій м'якого старту та м'якої зупинки

Принцип: У момент початку та зупинки двигуна через різку зміну струму, згідно з законом електромагнітної індукції, буде створено сильні електромагнітні перешкоди. Стратегії м'якого запуску та м'якої зупинки контролюють швидкість зміни робочого циклу сигналу ШІМ, щоб струм і напруга двигуна поступово змінювалися відповідно до заздалегідь визначеної функціональної залежності, тим самим ефективно зменшуючи електромагнітні перешкоди. Наприклад, використання експоненціальної функції для контролю зміни робочого циклу може зробити зміну струму та напруги більш плавними.

Конкретна робота: На фазі запуску, відповідно до характеристик навантаження двигуна та системних вимог, встановіть відповідний час запуску, наприклад 1s. У цей період робочий цикл сигналу ШІМ поступово збільшується за допомогою експоненціальної функції, що зростає, щоб постійно збільшити напругу морока. На етапі зупинки також встановлюється час зупинки, наприклад, 1,5S, і робочий цикл сигналу ШІМ поступово зменшується через експоненціально зменшувальну функцію для досягнення повільної зупинки двигуна. У системі моторного приводу BLDC ліфта, після прийняття стратегій м'якого старту та м'якої зупинки, електромагнітні перешкоди значно знижуються, а гладкість роботи ліфта покращується.

Примітка. Налаштування часу м'якого запуску та м'якої зупинки потрібно точно відрегулювати відповідно до характеристик навантаження двигуна та фактичного сценарію застосування. Якщо час занадто короткий, електромагнітні перешкоди не можуть бути ефективно придушені; Якщо час занадто довгий, це вплине на ефективність роботи та швидкість реакції двигуна. Оптимальні часові параметри можна визначити за допомогою експериментального тестування та аналізу моделювання.