永磁直流電動(dòng)機(jī)換向偏轉(zhuǎn)角對(duì)電機(jī)EMC的影響

1、永磁直流電動(dòng)機(jī)換向偏轉(zhuǎn)角對(duì)電機(jī)emc的影響微電機(jī)永磁直流電動(dòng)機(jī)換向偏轉(zhuǎn)角對(duì)電機(jī)emc的影響萬鵬(大陸汽車電子有限公司,蕪湖241009)摘要:在永磁直流電動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)中,換向角的選擇對(duì)電機(jī)的性能有著非常重要的影響,其中根據(jù)需要選擇合適的換向角是有效改善電動(dòng)機(jī)emc的重要手段之一.試驗(yàn)結(jié)果表明,采用文中提出的改善措施后,對(duì)該類電動(dòng)機(jī)的電磁干擾有顯著的改善.關(guān)鍵字:永磁直流電動(dòng)機(jī);電機(jī)性能;換向偏轉(zhuǎn)角;emc中圖分類號(hào):tm351;tm33文獻(xiàn)標(biāo)志碼:a文章編號(hào):1001.6848(2010)11-0018.03infectionofmotoremconcommutationangleofperma

2、nentmagnetbrushdcmotorwanpeng(continentalautomotivewuhuco.,ltd,wuhu241009,china)abstract:whendesigningpermanentmagnetdcmotor,chosenangleofcommutationhaveanimportanteffectonperformanceofelectromotor,andchoosecomfortableangleofcommutationisallimportantmethodonimprovingemcperformanceofelectromotor.also

3、theanalysisisverifiedbythetestresult.useoftheimprovementmeasuresproposedinthispaper,thereisasignificantimprovementforthattypeofmotorelec-tromagneticinterferenceeffects.keywords:pmdcmotor;motorperformance;angleofcommutation;emc0引言進(jìn)行比較分析,為優(yōu)化電機(jī)設(shè)計(jì)提供改善的措施.永磁直流電動(dòng)機(jī)以其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,運(yùn)行可靠,大轉(zhuǎn)矩,低成本等優(yōu)點(diǎn)廣泛應(yīng)用于家用電器,辦公設(shè)備,電動(dòng)工具,

4、汽車和it產(chǎn)品.隨著生活品質(zhì)的日益提高,更多電氣產(chǎn)品的發(fā)展,各行業(yè)中對(duì)傳統(tǒng)意義上的永磁直流電動(dòng)機(jī)的要求也水漲船高,其中在對(duì)產(chǎn)品的電磁兼容性(emc)的要求上以及所產(chǎn)生的矛盾顯得尤為突出.電刷與換向器直接接觸的固有結(jié)構(gòu),不可避免的決定了該種電動(dòng)機(jī)在換向過程中所要產(chǎn)生換向火花,而換向的不良將會(huì)延伸出各種對(duì)電機(jī)不利的影響,電磁干擾就是其中由換向不良而延伸出的不利影響之一也是目前解決的難點(diǎn)之一.改變換向偏轉(zhuǎn)角對(duì)于改善永磁直流電動(dòng)機(jī)綜合性能有著重要的影響.為了提高電機(jī)綜合性能,改善換向,文中主要針對(duì)不同的換向偏轉(zhuǎn)角對(duì)電機(jī)emc的影響并對(duì)此收稿日期:2010?叭一18?j8?1電磁干擾的產(chǎn)生機(jī)理及分析小功

5、率永磁直流電動(dòng)機(jī)實(shí)際的換向過程一般屬于延遲換向,換向所產(chǎn)生的火花為后邊緣火花.一方面,換向元件在換向過程中,電流發(fā)生劇烈變化,在元件內(nèi)產(chǎn)生反電動(dòng)勢(shì)j,這是產(chǎn)生電火花的主要因素之一;另一方面,換向器自身的換向結(jié)構(gòu)即換向器片間的邊緣效應(yīng)也是產(chǎn)生電火花的因素之一,如圖1所示:換向器換向片可以看作是由接地電容c和每相鄰換向片之間片間電容c等效而成.片間電容關(guān)系式為:c=c+c(1)在換向過程中電容c會(huì)同時(shí)進(jìn)行著充電放電的過程,在電刷斷開的瞬間電容未充分放電完畢,繼,續(xù)放電將會(huì)以電火花的形式表現(xiàn)出來.總而言之,換向結(jié)束換向元件被斷開的瞬間,換向元件儲(chǔ)存的永磁直流電動(dòng)機(jī)換向偏轉(zhuǎn)角對(duì)電機(jī)emc的影響萬鵬電磁

6、能量將以火花的形式釋放出來,使換向附近的空氣介質(zhì)電離,在空氣中形成帶電粒子,從而形成電磁干擾,這是永磁電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生電磁干擾的最主要原因之一.圖1換向元件電流與時(shí)間的關(guān)系針對(duì)永磁直流電動(dòng)機(jī),在實(shí)際的設(shè)計(jì)中為了改善換向,電刷常常要偏轉(zhuǎn)幾何中心一個(gè)角度(移刷),偏轉(zhuǎn)方向是隨機(jī)的,這樣可以在換向過程得到相對(duì)充分的能量釋放,減小換向時(shí)產(chǎn)生的火花,從而改善電機(jī)的emc.2換向偏轉(zhuǎn)角對(duì)電機(jī)性能的影響2.1換向偏轉(zhuǎn)角的類型及角度的選取永磁直流電動(dòng)機(jī)換向偏轉(zhuǎn)角可分為換向提前角和換向滯后角兩種類型,所表現(xiàn)出的換向方式為超前換向與延遲換向,式(2)為元件在換向時(shí)的回路方程:ri+(k+rb1)i一(k+rb2)i=e

7、(2)其中ri為元件自身電阻,為元件與換向片的連接電阻,r與分別為相連換向片與電刷的連接電阻.如圖2所示:且線抉f叫i2換向元件電流與時(shí)間的關(guān)系當(dāng)e=0時(shí)換向元件電流隨時(shí)間線性變化,當(dāng)ze>0換向元件電流隨時(shí)間不再是線性變化,出現(xiàn)電流延遲的現(xiàn)象為延遲換向,當(dāng)e<0換向元件電流隨時(shí)間不再是線性變化,出現(xiàn)電流超前的現(xiàn)象為超前換向.在樣本選取中,電機(jī)換向偏轉(zhuǎn)角度的選擇以在0.時(shí)作為參考,即電樞磁動(dòng)勢(shì)軸線與幾何中心線重合.換向偏轉(zhuǎn)提前角度分別選取:8.5.,16.5.,22.5.,換向偏轉(zhuǎn)滯后角度選取16.5.同換向提前角作驗(yàn)證對(duì)比.2.2換向偏轉(zhuǎn)角對(duì)電機(jī)基本性能的影響所用于標(biāo)樣的永磁直流

8、電動(dòng)機(jī)(換向偏轉(zhuǎn)角度為0.)的額定功率為35w,額定電壓為12v,額定電流為6a,極數(shù)為2極,內(nèi)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu),轉(zhuǎn)子鐵心槽數(shù)為8,轉(zhuǎn)子每槽導(dǎo)體數(shù)為40,轉(zhuǎn)子導(dǎo)線并繞根數(shù)為1,單疊繞組.同時(shí)為了更加準(zhǔn)確的還原換向偏轉(zhuǎn)角對(duì)電機(jī)emc的影響,電機(jī)做了特殊處理,去除了電機(jī)內(nèi)部所用于優(yōu)化電機(jī)emc的濾波電路,如:由電容器與電感組成的lc濾波網(wǎng)絡(luò),接地旁路等.下面通過換向偏轉(zhuǎn)角的變化綜合分析換向偏轉(zhuǎn)角對(duì)電機(jī)的基本性能,emc的影響.表1是不同換向偏轉(zhuǎn)角對(duì)電機(jī)力矩特性的影響.選擇了相同的負(fù)載轉(zhuǎn)矩點(diǎn)66.7mn?m作為定值,以方便模擬相同電機(jī)工作點(diǎn)下的力矩特性,進(jìn)行有針對(duì)性的比較.表1不同換向偏轉(zhuǎn)角對(duì)電機(jī)基本性能的

9、影響0.8.5.16.5.22.5.0.,16.5.49.435.79492149.185.84493846.946.2l50l140.666.91482744.916.51502566.766.766.766.766.7通過表1數(shù)據(jù)的對(duì)比分析,可以明顯的發(fā)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)基本性能的變化趨勢(shì):隨著換向角度的增大,在相同負(fù)載轉(zhuǎn)矩點(diǎn)即在相同的工作負(fù)載下電機(jī)的效率呈衰減趨勢(shì),負(fù)載電流呈遞增趨勢(shì),負(fù)載轉(zhuǎn)速呈遞增趨勢(shì),綜合而言電機(jī)實(shí)際的負(fù)載能力在衰減.同時(shí)對(duì)比換向提前角16.5.與換向滯后角16.5.的結(jié)果可見,超前換向的電機(jī)效率要比延遲換向的電機(jī)效率要高很多.2.3換向偏轉(zhuǎn)角對(duì)電機(jī)emc的影響按照cispr2

10、5:2002(radiodisturbancecharactreristicsfortheprotectionofreceiversusedonboardvehicles,boats,andondeviceslimitsandmethodsofmeasurement)的規(guī)定,通過接收器esu8接收測(cè)試信號(hào),測(cè)試電機(jī)的騷擾電壓,并按照該標(biāo)準(zhǔn)對(duì)車載電器規(guī)定的頻率測(cè)試范圍在0.15khz一108mhz.圖37為所選5種不同換向偏轉(zhuǎn)角的騷擾電壓測(cè)試圖形:a是騷擾電壓峰值(peak)的預(yù)掃波形,b是騷擾電壓?,9?微電機(jī)(av)平均值的預(yù)掃波形.?2d?frequen(yilhz圖3換向偏轉(zhuǎn)角0.時(shí)騷擾

11、電壓波形圖圖4換向提前角8.5.時(shí)騷擾電壓波形圖圖5換向提前角16.5.時(shí)騷擾電壓波形圖圖6換向提前角22.5.時(shí)騷擾電壓波形圖150k4008002m4m610m80m508ofrequencyinhz圖7換向滯后角16.5.時(shí)騷擾電壓波形圖3結(jié)論通過以上數(shù)據(jù),圖形的比較分析,可見永磁直流電動(dòng)機(jī)采用不同的換向偏轉(zhuǎn)角對(duì)電機(jī)的綜合性能產(chǎn)生了重要的影響.首先,換向滯后角與提前角的比較:無論是電機(jī)的基本性能還是電機(jī)的emc結(jié)果,提前角都要比滯后角所表現(xiàn)出來的性能優(yōu)越;其次,在不同的換向提前角度的比較中可見:在換向方式為超前換向時(shí),換向偏轉(zhuǎn)角度在8.5.(設(shè)計(jì)時(shí)選取偏轉(zhuǎn)角度6.一15.為合適的經(jīng)驗(yàn)值)

12、時(shí)取得的電機(jī)性能以及emc結(jié)果是最符合設(shè)計(jì)優(yōu)化要求的(另外兩組換向提前角的對(duì)emc的影響雖然也有較大的改善,但對(duì)電機(jī)的力矩特性衰減的較為嚴(yán)重)通過改變換向偏轉(zhuǎn)角度來改善電機(jī)換向,以達(dá)到有效的抑制電磁干擾的結(jié)果是顯著的.但是在設(shè)計(jì)換向偏轉(zhuǎn)角中,由于電刷偏離了幾何中心線,對(duì)磁路實(shí)際的擬合結(jié)果是減小了電機(jī)的磁通量,電機(jī)不可避免的要以損失掉一部的分電磁能作為代價(jià),其實(shí)際結(jié)果通過表1可以明顯地得出這樣的結(jié)論.所以在實(shí)際設(shè)計(jì)電機(jī)時(shí)按照產(chǎn)品的需要進(jìn)行有針對(duì)性的取舍以及尋找電機(jī)性能與電機(jī)emc二者之間的平衡點(diǎn)就顯得尤為重要了.參考文獻(xiàn)1唐任遠(yuǎn).現(xiàn)代永磁電機(jī)理論與設(shè)計(jì)m.北京:機(jī)械工業(yè)出版社,1997:126128.2趙清.小型電動(dòng)機(jī)m.北京:電子工業(yè)出版社,2003:171.3benecke,j.automatichfmodelgenerationandimpedanceo