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有刷换向电机EMC解决方法

时间:2024-06-10 来源:液压冷接机

  智能座舱这几年的发展不仅给驾驶员带来了便捷舒适,也给电机行业也带来了一个新的挑战!以前油车时代,大部分座舱结构都是纯机械式,随着新能源掀起的智能座舱潮,电控系统在座舱类的应用数不胜数。座舱类的大部分电机,长时间是处于“固定”状态不会轻易改变,但是此类电机都需要具备一个“往返”的功能,此功能体现在电机上就是“正反转”。

  有刷电机噪声的产生,是因为换向器与碳刷之间的不断切换,出现高频的拉弧,从而出现EMC噪声,此噪声还会因为转速快慢,电压高低与电流的大小,分别体现出不同的EMC测试数据。而在换向频繁的电机上,EMC噪声的产生,不仅与碳刷和换向器有关,还与“反向电动势”有关。

  有刷电机的结构里,定子一般为“永磁”,转子为“螺线圈”,当螺线圈流过电流的时候,这个电机就是电动机,将电能转换为动能;而当螺线圈不上电,外部转动螺线圈的时候,电机的电源线上会因为螺线圈切割磁力线,产生一个感应电动势。这个感应电动势在电机的每次反向的时候会产生,故称为“反向电动势”,但这个感应电动势又不是电机工作需要的,那它就会成为一个电机干扰的存在。

  其实除了上面说的这个方面,还可以从“电容电压不能突变,电感电流不能突变”这个方面去理解,每一次电机反转的时候,螺线圈里面的电流方向都会要反向,也就是突变,转换成电压来说就是,电压反向,而EMC噪声的形成关键点就是di/dt或者dv/dt这两个大的变化。

  2、电机换向时产生的反向电动势;在诸多换向类电机测试EMC的时候,都会发现单一方向转动的时候,电机噪声都十分平稳,但是加上“往返”也就是换向后,电机噪声显的十分明显。下图是某车载座舱同一电机,在“单一方向转动”与“来回换向转动”两种方式下测试出来的电流法数据。

  对于电机“单一方向转动”的EMC解决方案,现在解决方案是比较多的,例如BDL、X/Y电容、电感等一些器件,甚至改变电机的材质与部分结构,都能改善单一方向下电机的EMC噪声问题。但是对于换向频繁的电机EMC问题,目前行业内,还没有一个较好的解决方案。那么对于“换向类电机”的EMC问题,在解决电机本身的拉弧噪声外,还要解决的是“反向电动势”。

  1.BDL+X/Y电容+TVS+其他功能器件:这个方案是通过BDL与Y电容去吸收电机拉弧的噪声,通过TVS与X电容去钳位吸收反向电动势;

  2.硬件+软件:硬件方面需要确保单一方向转动时,电机的EMC噪声是满足测试且余量充足的,再通过调整软件程序,减小切换速度、增长切换时间、降低切换频率等这样一些方面降低电机换向时产生的反向电动势的次数,来规避高频次的瞬态电动势形成的噪声问题;

  3.标准:对此类电机,在各个标准文件内都会给出明确的规定以及合理的要求,下图是国标内对骚扰源的分类,而换向有刷电机一般都是“短时工作”的“短时宽带”类产品;

  而此类骚扰源,在每个车厂或者通用标准文件中,都会有放宽测试限制的明文说明;

  在前期规划“有刷换向类电机”项目时,对于EMC测试计划以及EMC测试要求里,编写人员就要与甲方明确电机类型与测试要求,避免后期满足不了测试报告。此外,对于电机本身的选择上,在满足单向转动EMC要求的同时,给电机留出一定的功率冗余,确保电机的性能最佳,且在电子部分做好充足的防护设计!