Sürüşlü DC Mühərrik Sisteminizdə Səsin Azaldılması

Əgər siz heç vaxt bir maşını idarə etmisinizsə, hansı ki, onun qüvvə mənbəyi dişli DC motoru və narahat edici bir hum, çıldırıq və ya elektrik interferensiyasını müşahidə etmisinizsə, artıq səs-küyün azaldılması motor sistemlərinin dizaynında ən vacib mühəndislik çətinliklərindən biri olduğunu başa düşürsünüz. Qələmli dəyişən cərəyan (DC) motor sisteminindəki səs-küy yalnız akustik narahatlıq deyil — o, yaxın elektron cihazları pozuna bilər, həssas ölçmə cihazlarında siqnal keyfiyyətini aşağı salar, komponentlərin ömrünü qısaltar və tənzimlənən mühitlərdə uyğunluq problemləri yaradaraq qanunvericiliyə uyğunluğu təhdid edə bilər. Bu səs-küyün kök səbəblərini anlamaq və onları sistemli şəkildə necə aradan qaldırmağı bilmək, qələmli DC motor tətbiqlərini dizayn edən, inteqrasiya edən və ya saxlayan hər kəs üçün vacibdir.

Yaxşı xəbər odur ki, qələmli DC motorlarda baş verən səs-küy problemlərinin əksəriyyəti dişli DC motoru sistemlər proqnozlaşdırıla bilər, diaqnostika edilə bilər və mexaniki, elektrik və tətbiq səviyyəsində strategiyaların doğru birləşməsi ilə düzəldilə bilər. Bu məqalə gürültünün əsas mənbələrini təhlil edir, hər bir növün necə özünü büruzə verdiyini izah edir və sistemin hər səviyyəsində — motorun özündən başlayaraq enerji təchizatına, naqillərin yerləşdirilməsinə və yükün qoşulmasına qədər — gürültünün azaldılması üçün praktik üsulları izah edir. Kiçik hobbilə bağlı bir vahid və ya yüksək dövrü sənaye dərəcəli sürüşməli dəyişən cərəyan motoru ilə işləsəniz də, bu prinsiplər ümumi şəkildə tətbiq olunur.

Sürüşməli Dəyişən Cərəyan Motorunda Gürültünün Mənbələrinin Anlaşılması

Kommutasiya Qövslənməsi və Elektrik Gürültüsü

Hər hansı bir dövrədəki dəyişkən cərəyan (DC) mühərrikinin müəyyəd edici mexaniki xüsusiyyəti onun kommutator və fırça qurğusu, yəni eyni zamanda elektrik gürültüsünün əsas mənbəyidir. Fırçalar kommutator seqmentləri üzrə sürüşdükcə armatur sarımında cərəyanın axını yüksək tezlikdə kəsilir və yenidən bərpa olunur. Bu təkrarlanan açma-qapama prosesi gərginlik zirvələri və keçici impulslar yaradır ki, bunlar enerji təchizatı xətləri ilə geriyə doğru yayılır və elektromaqnit maneə (EMI) kimi şüalanır.

Kommutasiya qövslənməsinin şiddəti bir neçə bir-biri ilə əlaqəli amildən asılıdır: fırça materialı və yay sıxlığı, kommutator səthi vəziyyəti, armatur induktivliyi və cərəyanın açılıb-qapanma sürəti. Aşınmış və ya yanlış yerləşdirilmiş dəyişkən cərəyan (DC) mühərriki adətən nominal parametrləri daxilində düzgün qorunan mühərrikə nisbətən çox daha güclü qövslənmə yaradır. Hətta kiçik kommutator oyulmaları belə kontakt müqavimətini bərabərsiz şəkildə artıraraq keçici zirvə nümunəsini pisləşdirə bilər.

Kommütatorda yaranan elektrik gürültüsü, ötürülən EMI (nağıl vasitəsilə yayılan) və şüalanmış EMI (elektromaqnit dalğaları kimi yayılan) olmaqla iki qrupa bölünür. Hər iki növ qonşu elektron cihazları təsir edə bilər, enkoder siqnalının dəqiqliyini aşağı salır, idarəetmə sxemlərində yalancı aktivləşmələrə səbəb olur və tənzimlənmiş enerji təchizat sistemlərinə dalğalanma (ripple) gətirir. Bu gürültünü mənbədə — yəni kommütasiya interfeysində — aradan qaldırmaq həmişə aşağı axında filtrləmə tətbiq etməzdən əvvəl ən effektiv ilk addımdır.

Mexaniki Titrimə və Akustik Gürültü

Elektrik gürültüsündən başqa, qələmli dəyişən cərəyan motoru bir neçə fiziki yol ilə mexaniki titrimə və eşidilən səs də yaradır. Qələmlərin çıtırtısı ən çox rast gəlinən səbəblərdən biridir: qələmlər kommütator səthinin qeyri-bərabərlikləri üzərində sıçrayarkən ritmik mexaniki titrimə yaradır ki, bu da motor korpusu və montaj strukturu vasitəsilə ötürülür. Bu titrimə şassi və ya çərçivənin rezonans tezliklərini oyada bilər və nəticədə qavranılan gürültünü əhəmiyyətli dərəcədə gücləndirə bilər.

Yataq aşınması və yağlayıcının keyfiyyətinin aşağı düşməsi də əhəmiyyətli amillərdir. Yataqların qeyri-düzgün yerləşdirilməsi, çox böyük radial yük altında və ya keyfiyyəti aşağı düşmüş yataq yağında işləyən dövrədəki dəyişkən cərəyan (DC) mühərriki xarakterik yüksək tezlikli çıxıltı və ya sürtünmə səsini yaradır. Bu növ səs adətən fırlanma sürəti ilə artır və yataqların yaxın zamanda sıradan çıxacağını göstərən etibarlı erkən siqnal sayılır. Rutin vibrasiya monitorinqi vasitəsilə bu səsi erkən müəyyən etmək, bahalı planlaşdırılmamış dayanma vaxtını qarşısını almağa kömək edir.

Armaturun qeyri-müvazinətliliyi başqa bir mexaniki səs yolu yaradır. Dövrədəki dəyişkən cərəyan (DC) mühərrikinin armaturunun fırlanan kütləsi düzgün tarazlanmamışsa, əsas fırlanma tezliyində fırlanan qeyri-müvazinət qüvvəsi yaranır. Bu, 1x dəqiqədə fırlanma (RPM) tezliyində vibrasiya kimi özünü büruzə verir və sərt birləşdirici və ya düzgün dizayn olunmamış hərəkət ötürücüsündən yüklə əlaqə yaratdıqda orta sürətlərdə belə təəccüblü qədər güclü struktur səsi yarada bilər.

Dövrədəki dəyişkən cərəyan (DC) mühərrik səslərinə qarşı elektrik suppressiya üsulları

Mühərrik terminallarında kondensatorlar və RC suppressorları

Qələmli dəyişən cərəyan motor dövrəsində keçirici elektromaqnit maneələrinin (EMI) aradan qaldırılması üçün ən sadə və ən çox istifadə olunan üsul, motor terminallarına birbaşa ötürücü kondensatorların tətbiqidir. Qələmli dəyişən cərəyan motorunun terminallarına mümkün qədər yaxın yerləşdirilən 0,1 µF-dən 0,47 µF-ə qədər olan keramik kondensator yüksək tezlikli keçici zirvələr üçün torpaqla aşağı impendanslı yol təmin edir və onların enerji təchizatı və ya idarəetmə sxemlərinə geri qayıtmasını qarşısını alır.

Daha tələbkar tətbiqlər üçün RC söndürmə qurğusu — rezistor və kondensatorun motor terminalları üzərində ardıcıl olaraq qoşulması — fırça kontaktı müvəqqəti olaraq kəsildikdə yaranan induktiv gərginlik zirvələrinin daha yaxşı söndürülməsini təmin edir. Rezistor kondensatorun tam reaktiv yük kimi işləməsinin qarşısını alır; əks halda bu, müəyyən tezliklərdə rezonans və ya dalğalanma yarada bilər. RC söndürmə qurğuları fırçalı dəyişən cərəyan motoru PWM idarəetmə qurğusu tərəfindən tez-tez açılıb-söndürüləndə xüsusilə dəyərlidir, çünki açma-qapama dalğa forması kommutasiya interfeysinə əlavə gərginlik tətbiq edir.

Bununla yanaşı, hər bir motor naqili üzərində kiçik induktorlar (ferrit boncuklar və ya sarılı xəndəklər) yerləşdirmək yüksək tezlikli filtr kimi işləyir və keçici zirvələrin yayılmasını bloklayır, lakin daimi cərəyan iş rejimini təsir etmir. Hər bir naqildə ardıcıl qoyulan xəndək və torpağa qoşulan şunt kondensator LC aşağı keçirən filtr əmələ gətirir — bu, məkan məhdudiyyətləri olan tətbiqlərdə fırçalı dəyişən cərəyan motorlarının elektromaqnit uyğunluq nəzarəti üçün ən effektiv konfiqurasiyalardan biridir.

Ekranlama, Qoşulma və Kabellərin Yerləşdirilməsi

Dövrədəki dəyişən cərəyanlı motorun şüalanmış EMI-si düzgün ekranlama və qoşulma tədbirləri ilə əhəmiyyətli dərəcədə azaldıla bilər. Braid və ya folqa ekranlı motor kabelləri, ekranın yalnız bir ucunda motora bərkidilməsi halında, şüalanmış sahənin qonşu siqnal kabellərinə keçməsini mane edir. Ekranın qoşulma nöqtəsinin tək nöqtədə — adətən idarəetmə qurğusunun ucunda — həyata keçirilməsi çox vacibdir; bu, həssas dövrələrə səs-küyün daha da artmasına səbəb ola biləcək torpaqlama döngələrinin yaranmasını qarşısını alır.

Dövrədəki dəyişən cərəyanlı motorun güclü cərəyan kabelləri ilə aşağı gərginlikli siqnal xətləri arasındakı fiziki ayrılıq — mövcud olan ən sərfəli səs-küy azaltma tədbirlərindən biridir. Güclü cərəyan və siqnal kabellərinin uzun məsafələr boyu paralel olaraq çəkilməsi induktiv və tutumlu qoşulmanı təşviq edir. Fiziki ayrılıq mümkün olmadıqda, güclü cərəyan və siqnal kabellərinin bir-birinə 90 dərəcə bucaq altında kəsişdirilməsi onların paralel yerləşdirilməsinə nisbətən qoşulmanı əhəmiyyətli dərəcədə azaldır.

Dövrədəki dəyişən cərəyanlı mühərrik qutusuna xüsusi, aşağı impendanslı şassi torpaqlanma qoşulması eyni dərəcədə vacibdir. Yüzdən motor çərçivələri təsadüfi tutumlu əlaqədən yaranan yükü toplayır və sonra bu yük ətrafdakı sistemin içində proqnozlaşdırılmayan şəkildə boşalır. Motor çərçivəsini qısa və kalın keçirici ilə birbaşa sistem torpağına qoşmaq bu təsiri azaldır və suppressiya kondensatorlarının effektiv işləməsi üçün referans nöqtəsi yaradır.

Mexaniki Səs Azaldılması Üsulları

Fırça və Kommutatorun Bakımı Üsulları

Kommutator səthini təmiz, hamar və düzgün şəkildə qurudulmuş saxlamaq — fırçalı dəyişən cərəyanlı mühərrikdə fırça səsini azaltmaq üçün ən təsirli mexaniki tədbirdir. Yeni quraşdırılmış fırça üçün fırçanın toxunma üzünün kommutatorun əyriliyinə uyğunlaşdığı dövr müəyyən bir alışma müddətini tələb edir. Bu müddət ərzində mühərrikin yükdən azaltılmış rejimdə işlənməsi qövslənməni minimuma endirir və optimal toxunma geometriyasının daha tez formalaşmasına kömək edir; nəticədə uzunmüddətli səssiz işləmə əldə olunur.

Kommütatorun təmizlənməsi dövri olaraq uyğun alətlərlə — adətən kommütator daşı və ya incə dənəli parlatma bezindən — yığılmış karbon çöküntülərini və oksidləşməni aradan qaldırmaq üçün aparılmalıdır. Seqmentlər arasındakı bütöv mika kəsikləri ilə birlikdə hamar, yüngül parlaq bir kommütator səthi elektrik kontaktnın sabit olmasını təmin edir və akustik səsə çevrilən mexaniki impulsları əhəmiyyətli dərəcədə azaldır. Kommütatorun dairəvi formasını pozan və ya bazada olan mis materialını artıq miqdarda aradan qaldıran aşındırıcı materiallardan heç vaxt istifadə etməyin.

Fırçanın yay basıncı diqqətlə kalibr edilməlidir. Çox az yay basıncı qeyri-sabit kontakta və güclü isparka səbəb olur; çox yüksək basıncı isə fırçanın aşınmasını sürətləndirir və sürtünməyə bağlı istilik və titrimi artırır. Hər bir fırçalı dəyişən cərəyan motorunun dizaynı optimal fırça kontak qüvvəsi diapazonunu müəyyən edir və bu diapazon daxilində qalmaq fırçaların xidmət müddəti ərzində kommütasiya interfeysindən əldə edilə bilən ən aşağı səs səviyyəsini təmin edir.

Titrim izolyasiyası və montaj dizaynı

Hətta yaxşı qorunmuş dəyişən cərəyanlı (dc) fırçalı motor belə, montaj interfeysində idarə edilməsi tələb olunan müəyyən səviyyədə mexaniki titrəmə yaradır. Titrəməyə qarşı dayaq sistemləri — fırçalı motorun oturacağı ilə konstruktiv çərçivə arasına yerləşdirilən elastomer izolyatorlar — motorun titrəməsini şassi ilə ayrır və rezonans vasitəsilə güclənməni qarşısını alır. Doğru izolyator sərtliyinin seçilməsi üçün dominan titrəmə tezliyini bilmək lazımdır; bu, adətən əsas dövrlər dəqiqədə (RPM) tezliyi və onun harmonikləridir.

Fırçalı dc motorun çıxış milindən hərəkət verilən yükə qədər olan elastik mil birləşdiriciləri iki məqsədə xidmət edir: onlar kiçik mil uyğunsuzluğunu kompensasiya edir və başqa halda yük mexanizminə ötürülərək ikincili səs-küy yaradan burulma titrəmə impulslarını udur. Poliuretan "arıqlar" ilə çənə birləşdiriciləri, disk birləşdiriciləri və kəmər birləşdiriciləri müxtəlif dərəcədə burulma uyğunluğunu təmin edir və onların seçilməsi konkret fırçalı dc motor tətbiqi üçün moment profili əsasında aparılmalıdır.

Montaj çərçivəsindəki struktur rezonansları, aşağı səviyyəli mühərrik titrimini əhəmiyyətli akustik səsə qədər gücləndirə bilər. Sadə bir vurğulama testi və ya titrim tezliyi taraması dəstəkləyici konstruksiyada rezonans tezliklərini müəyyən edə bilər. Çərçivəni bərkidərək, söndürmə kütləsi əlavə edərək və ya montaj nöqtəsini düyünlü mövqeyə köçürərək bu rezonans gücləndirmə effektlərini aradan qaldırmaq olar; bunun üçün də sürtünməli dəyişkən cərəyan mühərrikinin özünə heç bir dəyişiklik etmək lazım deyil.

Hərəkət və İdarəetmə Səviyyəsində Səs Azaldılması

PWM Tezliyinin Seçilməsi və Filtrasiyası

Dövrəni dəyişdirən (PWM) sürücü ilə idarə olunan dövrəni dəyişdirən dəyişkən cərəyan (DC) mühərriki üçün sürücünün dəyişdirilmə tezliyi eşidilən və elektrik gürültüsünə birbaşa təsir göstərir. Aşağı PWM tezlikləri — adətən 20 kHz-dən aşağı — insanın eşitmə diapazonuna düşür və mühərrikin sarım və nüvəsindən aydın tonlu qıcıqlanma səsi yaradır. PWM dəyişdirilmə tezliyinin 20 kHz-dən yuxarı qaldırılması bu tonu eşidilən diapazondan kənara çıxarır və beləliklə, akustik komponenti effektiv şəkildə aradan qaldırır; lakin bu, filtr dizaynı səviyyəsində diqqət yetirilməsi tələb edən daha yüksək tezlikli elektromaqnit maneələrinin (EMI) yaranmasına səbəb ola bilər.

Daha yüksək açma-qapama tezliklərində dövrənin induktivliyi impulslararası cərəyanı daha yaxşı düzəldə bilir, buna görə də qələmli dəyişən cərəyan motorun sarğılarında cərəyan dalğalanması azalır. Daha az cərəyan dalğalanması qələmlərin kontakt qüvvəsində və qələm isığı intensivliyində dəyişiklikləri azaldır və bu da elektrik və mexaniki səs-küylərin hər ikisini birbaşa azaldır. Bununla belə, sürücünün açma-qapama itkiləri tezliklə artır; ona görə də müəyyən sürücü və qələmli dəyişən cərəyan motoru kombinasiyasının istilik və səmərəlilik məhdudiyyətləri əsasında tarazlıq qurulmalıdır.

PWM sürücü ilə dövrəli dəyişən cərəyan (DC) motoru arasına çıxış filtri əlavə etmək — adətən kiçik LC aşağı keçirən filtr — PWM dalğa formasını motor terminallarında daha hamar, demək olar ki, təmiz DC cərəyan dalğa formasına çevirir. Bu, cərəyan dalğalanmaları səbəbi ilə yaranan qövslənməni əhəmiyyətli dərəcədə azaldır, kommutator üzərindəki istilik yüklənməsini azaldır və motor kabellərindən yayılan elektromaqnit interferensiyasını (EMI) azaldır. Çıxış filtrləri, enkoder siqnalının bütövlüyü və ya aşağı eşidilən səs kimi əsas tələblər olduqda dəqiq tətbiqlərdə xüsusi olaraq dəyərlidir.

Gücləndirici Qaynağının Keyfiyyəti və Dezaktivləşdirmə

Dəyişən cərəyanlı sürüşmə kontaktlı motor sisteminə verilən elektrik enerjisinin keyfiyyəti həm bir, həm də digər istiqamətdə səs-küyə təsir edir. Yüksək tezliklərdə yüksək çıxış impendansına malik enerji mənbəyi kommutasiya zamanı yaranan keçici zirvələrin geri yayılmasına və eyni enerji mənbəyinə qoşulmuş digər yükleri pozuntuya uğratmasına imkan verir. Enerji mənbəyinin çıxışında böyük həcmli elektrolit kondensatorların, həmçinin motor sürücü mərhələsinə daha yaxın yerləşdirilmiş kiçik keramik keçid kondensatorlarının birləşməsi ilə çoxqatlı dekoplyasiya şəbəkəsi yaradılır; bu şəbəkə müxtəlif tezlik diapazonlarında keçici prosesləri udur.

Səs-küyə həssas fırça ilə təchiz olunmuş dəyişən cərəyan motor tətbiqlərində aktiv səs-küy rəddi ilə təchiz olunmuş tənzimlənmiş enerji verənlər sadə tənzimlənməmiş transformator-rektifikator enerji verənlərə nisbətən üstün sayılır. Xətti tənzimləyicilər, dövrəni qurğulara nisbətən daha az səmərəli olsalar da, daxili olaraq daha aşağı çıxış səs-küyünə malikdirlər və elektromaqnit təmizliyi səmərəlilik nəzərdə tutulduqda dəqiqlikli fırça ilə təchiz olunmuş dəyişən cərəyan motor idarəetmə dövrələrinin son mərhələsində tez-tez seçilməkdədir. Dövrəni qurğular istifadə olunduqda onların öz dövrəni qurma səs-küyü çıxış filtrləməsi və layihələndirmə disiplini vasitəsilə diqqətlə idarə edilməlidir ki, sistemə başqa bir səs-küy mənbəyi əlavə olunmasın.

Tez-tez verilən suallar

Niyə fırça ilə təchiz olunmuş dəyişən cərəyan motorum müəyyən sürətlərdə daha çox səs-küy yaradır?

Daimi cərəyanlı qəfəsli mühərrikdə səs-küyün sürətə görə dəyişməsi adətən rezonans təsirləri, kommutasiya tezliyinin dəyişməsi və ya yataqların davranışına bağlıdır. Müəyyən dövrlər dəqiqədə (RPM) qiymətlərində kommutasiya tezliyi və ya onun harmonikləri mühərrikin korpusunda və ya quraşdırma konstruksiyasında baş verən mexaniki rezonansla üst-üstə düşə bilər ki, bu da həmin sürətdə gücləndirilmiş səs-küyə səbəb olur. Bundan əlavə, yağlama kifayət qədər deyilsə, yataq səs-küyü adətən sürətlə birlikdə tədricən artır. Səs-küyün zirvəyə çatdığı dəqiq sürəti müəyyən etmək və onu hesablanmış rezonans tezlikləri ilə müqayisə etmək kök səbəbi müəyyən etməyə kömək edir.

Mən daimi cərəyanlı qəfəsli mühərrikin səs-küyünü bastırmaq üçün istənilən kondensatordan istifadə edə bilərəmmi?

Bütün kondansatörler dəyişdirici dəyişən cərəyan (dc) motorunun gürültüsünü bastırmaq üçün eyni dərəcədə effektiv deyil. Yüksək tezlikli keçid işləri üçün X7R və ya X5R dielektrikli keramik kondansatörler üstün tutulur, çünki onlar geniş tezlik diapazonunda tutum dəyərlərini qoruyur və aşağı ekvivalent ardıcıl müqavimətə (ESR) malikdir. Elektrolit kondansatörler kütləvi enerji saxlama və aşağı tezlikli süzgəcləmə üçün faydalı olsa da, ümumiyyətlə, dəyişdirici dəyişən cərəyan (dc) motor sisteminin kommutasiya açılışı zamanı yaranan sürətli keçici zirvələri idarə etmək üçün tezlik cavabında çox yavaşdırlar.

Dəyişdirici dəyişən cərəyan (dc) motorunda kömür qələmləri nə qədər tez-tez yoxlanılmalıdır?

Dəyirmanlı dəyişən cərəyan mühərrikinin fırçalarının yoxlanılması müddətləri əsasən iş rejimi, yük və işləmə mühiti ilə bağlıdır. Davamlı iş rejimində istifadə olunan sənaye tətbiqlərində ümumi qayda olaraq fırçalar hər 500–1000 iş saatından sonra və ya eşidilən səs və ya qövslənmə aşkar şəkildə artıranda yoxlanılmalıdır. Fırçalar orijinal uzunluğunun təxminən üçdə birinə qədər aşınarsa və ya kontakt səthində bərabərsiz aşınma, çatlamalar və ya çirklənmə əlamətləri müşahidə edilərsə, onları dəyişmək lazımdır. Fırçaların proaktiv qorunması dəyirmanlı dəyişən cərəyan mühərrikinin tam xidmət müddəti ərzində aşağı səs səviyyəsini saxlamağın ən effektiv üsullarından biridir.

Dəyirmanlı dəyişən cərəyan mühərrikinin daha aşağı gərginlikdə işlədilməsi səs-küy səviyyəsini azaldır?

Dövrəni qısdılmış gərginlikdə işlədən dövrəli dəyişən cərəyan motorunun işləməsi ümumiyyətlə səs-küyün bir qədər azalmasına səbəb olur; əsas səbəb isə aşağı cərəyanın kommutasiya qövslərinin şiddətini azaldması və sürüşmə kontaktına təsir edən mexaniki qüvvələri azaldmasıdır. Bununla belə, bu yanaşma müəyyən əlavə xərclərə səbəb olur: gərginlikin azalması sürətin və burulma momentinin azalmasına gətirib çıxarır ki, bu da performans tələb edən tətbiqlərdə qəbul edilə bilməz. Daha yaxşı strategiya — dövrəli dəyişən cərəyan motorunu onun nominal gərginlikdə və göstərilən yük aralığında işlətmək və səs-küyün aradan qaldırılmasını gərginlik azaldılması ilə deyil, motorun imkanlarını itirmədən, əslində səs-küy yaradan mexanizmləri həll etməyə yönəldilmiş xüsusi suppressiya üsulları ilə həyata keçirməkdir.