改善直流無刷電機電磁噪音的驅動方式

2022-10-15 03:24:04 字數 2306 閱讀 4740

1 降低電機電磁噪音的意義

雜訊直接影響人體的健康,若人們長時間在較強的雜訊環境中,會覺得痛苦、難受,甚至使人的耳朵受損,聽力下降,甚至死亡。雜訊是現代社會汙染環境的三大公害之一。為了保障人們的身體健康,國際標準化組織(iso)規定了人們容許雜訊的標準。

我國對各類電器的雜訊也作出了相應的限制標準。電機是產生雜訊的聲源之一,電機在家用電器、汽車、辦公室用器具以及工農醫等行業廣泛地應用著,與人民的生活密切相關。因此,盡量降低電機的噪音,生產低噪音的電機,給人們創造乙個舒適、安靜的生活環境是每個設計者與生產者的職責。

2 直流無刷電機噪音形成的原因分析以及傳統解決方法

引起直流無刷電動機振動和雜訊的原因很多,大致可歸結為機械噪音和電磁噪音。

2.1 機械噪音的成因以及解決措施

2.1.1 直流無刷電機的機械噪音產生的原因

(1)軸承雜訊。由於軸承與軸承室尺寸配合不適當,隨電機轉子一起轉動產生噪音。滾珠的不圓或內部混合雜物,而引起它們間互相碰撞產生振動與雜訊。

軸承的預壓力取值不當,導致滾道面有微振也會產生噪音。

(2)因轉子不平衡而產生的雜訊。

(3)裝配偏心而引起的雜訊。

2.1.2 降低機械雜訊應採取下列方法

(1)一般應採用密封軸承,防止雜物進入。

(2)軸承在裝配時,應退磁清洗,去油汙與鐵屑。清洗後的軸承比清洗前的軸承雜訊一般會降低2~3db。潤滑脂要清潔乾淨,不能含有灰塵、雜質。

(3)軸承外圈與軸承室的配合、內圈與軸的配合,一般不宜太緊。軸承外圈與軸承室的配合,其徑向間隙宜在3~9μm的範圍內。

(4)為消除轉子的軸向間隙,必須對軸承施加適當的壓力。一般選用波形彈簧墊圈或三點式彈性墊圈,且以放在軸伸端為宜。

(5)使用去重法或加重法進行對轉子動不平衡進行修正。

(6)磁鋼與輸出軸間填充緩衝材,可以吸收轉子在換相過程中產生的微小振動,同時避免輸出軸與外界負載剛性連線,而把外界振動傳遞到磁鋼,影響勵磁所產生的轉矩突變。防止轉動頻率與負載間產生共振而引起空氣噪音。

2.2 電磁噪音的成因以及解決措施

直流無刷電機電磁噪音產生的原因主要有:1.由氣隙磁場作用於定子鐵芯的徑向分量所產生脈動。

它通過磁軛向外傳播,使定子鐵芯產生振動變形。2.是氣隙中諧波磁場產生的轉矩脈動,它與主磁場產生的電磁轉矩相反,使鐵芯齒區域性變形振動。

通常具有齒槽倍頻率特性。當徑向電磁力波與定子的固有頻率接近時,就會引起共振,使振動與雜訊增大。3.

轉子磁鋼在繞組通電換相過程中,會產生脈動轉矩,使電動機執行時轉子徑向受力不均勻,引起電機負載發生微振動而產生噪音。4.是換相轉矩脈動引起振動、噪音。

這是方波型驅動無刷直流電機特有的問題。它是由於電機電樞繞組相電感的延時作用,從而在電機換相時所產生的轉矩脈動。根據麥克斯韋定理,單位面積的氣隙磁場中的徑向電磁力計算:

pr = b2(θ,t)/(2μ0)

式中:b氣隙磁密

θ機械角位移

μ0真空磁導率

2.2.1 主磁場產生的電磁拉力

主磁場b1所產生的徑向力為:pr1=p0+p1,式中,p0=b2/4μ0是固定的徑向力,它均勻作用於圓周上,不會產生振動與雜訊。p1=p0cos(2pθ-2ω1t-2θ0),其中p是轉子的極對數,ω1轉子的角速度,θ0初相角。

p1是徑向電磁力的交變部分,這個電磁力的角頻率是2ω1,即2倍的換相頻率,它使定、轉子產生2倍換相頻率的振動與雜訊。它的強度與氣隙磁密的平方成正比。在電機負載小,轉速高的情況下,產生較大的影響,而在一般情況下,轉速不高,換相頻率低的情況下,其影響不顯著。

2.2.2 諧波磁場產生的轉矩脈動

諧波轉矩脈動產生的原因由於定子繞組的電感特性,實際流入三相線圈的電流,將會落後三相輸入電壓乙個角度δθ,而導致正弦波電流無法與反電動勢同相,電機反電勢已經不是理想的梯形波,而控制系統仍是按理想的梯形波反電勢給電機繞組提供方波電流。因此會產生轉矩。此類轉矩脈動解決的辦法有兩個:

一種解決方法是,通過對電機本體定子繞組、氣隙齒槽的優化設計,使無刷電機的反電勢趨向於理想的反電勢波形,從而達到減少電機轉矩脈動的目的。另一種方法是,事先通過**反電動勢,採用合適的控制方法尋找最佳的電流波形來消除轉矩脈動。這種最佳電流法能消除非理想反電勢引起的轉矩脈動,但事先要對反電勢進行實時跟蹤,且根據測得的反電勢快速計算最優電流也不易,因此要解決此問題,必須選用處理速度較高的處理器,對滯後的電流相位角進行**修正。

2.2.3 由一階齒諧波所產生的齒槽轉矩脈動

齒槽轉矩脈動是由於定子鐵心槽齒的存在,使得永磁體與對應的電樞表面的氣隙磁導不均勻,當轉子旋轉時,在乙個磁狀態內,磁路磁阻發生變化從而引起齒諧波轉矩脈動。齒槽轉矩脈動與定子電流無關,是電機本身構造所存在的缺陷。當轉矩頻率與定子或轉子的機械共振頻率一致時,齒槽轉矩脈動和雜訊將被放大,影響電機在速度控制系統中的低速效能,和位置控制系統中的高精度定位。

直流無刷電機驅動器說明書

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