Smanjenje buke u sustavu DC motora četkice

Ako ste ikada koristili stroj koji se napaja brush DC Motor i primijetite iritirajući zum, zum ili električne smetnje, već razumijete zašto je smanjenje buke jedan od najvažnijih inženjerskih izazova u dizajnu motornog sustava. Zvučni otpad u brush DC motornom sustavu nije samo zvučna smetnja može narušiti obližnju elektroniku, smanjiti kvalitetu signala u osjetljivoj instrumentaciji, skratiti životni vijek komponente i stvoriti probleme s usklađenjem u reguliranim okruženjima. Razumijevanje temeljnih uzroka te buke i znanje kako ih sustavno riješiti je od suštinskog značaja za svakoga tko dizajnira, integriše ili održava aplikaciju brush DC motora.

Dobra vijest je da većina problema sa buku u brush DC Motor u slučaju da se ne uspije utvrditi primjena, sustav je predvidljiv, dijagnosticiran i korigiran uz odgovarajuću kombinaciju mehaničkih, električnih i aplikacijskih strategija. U ovom članku razbijeni su primarni izvori buke, objašnjeno je kako se svaki tip manifestuje i proveden je kroz praktične tehnike za suzbijanje na svim razinama sustava od motora do napajanja, rasporeda žice i povezivanja opterećenja. Bez obzira na to radite li s malom jedinicom za hobi ili s industrijskim motorom brisača visokog ciklusa, ovi načeli se dosljedno primjenjuju na sve strane.

Razumijevanje izvora buke u brush DC motoru

Smerna struja

Mehanska karakteristika svakog brisača DC motora je njegova komutator-i-brišeta skupina, koja je također primarni generator električne buke. Dok četkice klizaju preko komutatornih segmenta, one prekidaju i ponovno uspostavljaju strujni protok u obrucima armature na visokom frekvenciji. Ovo ponavljajuće prekidavanje stvara vrhove napona i prolazne impulse koji se šire kroz linije napajanja i zrače kao elektromagnetna smetnja (EMI).

Ozbiljnost komutacijske iskre ovisi o nekoliko međusobno utječućih varijabli: materijal četke i pritisak opruge, stanje površine komutatora, induktivnost armature i brzina kojom se struja mora uključiti. U slučaju da je motor brisača u stanju da se ne pokrene, on može biti u stanju da se ne pokreće. Čak i manje komutator grooving može povećati otpor kontakta nejednakost, pogoršavajući prolazno uzorak šiljaka.

Električna buka koja nastaje na komutatoru klasificirana je kao proveden EMI (putovanje kroz žice) i zračen EMI (izlazi kao elektromagnetni valovi). Obje vrste mogu utjecati na obližnju elektroniku, degradirati vjernost signala kodera, uzrokovati lažno pokretanje u upravljačkim krugovima i uvesti valove u regulirana napajanja. U slučaju da se ne provede primjena sustava za filtriranje, sustav za filtriranje može se koristiti za određivanje vrijednosti.

Mehanske vibracije i zvučni zvuk

Osim električne buke, brush DC motor također proizvodi mehaničke vibracije i čuvljivi zvuk kroz nekoliko fizičkih puteva. Četkice se odbijaju preko nepravilnosti površine komutatora, stvaraju ritmičke mehaničke vibracije koje se prenose kroz kućište motora i u konstrukciju za montiranje. Ova vibracija može uzbuditi rezonančne frekvencije u šasiji ili okviru, značajno pojačavajući percepciju buke.

U slučaju da se ne primjenjuje primjena ovog članka, to se može smatrati primjenom članka 4. stavka 1. Ako se motor radi u nepravilnom položaju, pod pretjeranim radijalnim opterećenjem ili s degradiranom masnoćom ležaja, proizvodi se izrazito visokončasni zvuk škricanja ili brušenja. Ova vrsta buke često se povećava s brzinom rotacije i pouzdan je rani pokazatelj prijetećeg kvara ležaja. Rano ga otkrivanje rutinim praćenjem vibracija sprječava skupo neplanizirano zastoj.

Neuravnoteženost armature uvodi još jedan mehanički zvuk. Ako se rotirajuća masa armature brisača DC motora ne uravnoteži pravilno, stvara se sila za rotaciju koja je neravnotežna pri osnovnoj frekvenciji rotacije. To se pokazuje kao vibracije pri 1 x RPM i, kada se prenose na teret kroz čvrsto spojanje ili nepravilno dizajnirani pogonski sustav, mogu generirati iznenađujuće glasnu konstrukcijsku buku čak i pri umjerenoj brzini.

U slučaju da se radi o električnom motoru, mora se upotrebljavati:

Kondenzatori i RC snuberi na motornim terminalima

Najjednostavniji i najčešće korišten pristup suzbijanju provedenog EMI-a u krugu brush DC motora je primjena bypass kondenzatora izravno preko terminala motora. Keramički kondenzator u rasponu od 0,1 μF do 0,47 μF smješten što je fizički moguće bliže krajevima brush DC motora pruža put nizakog impedance do zemlje za visokofrekventne prolazne šiljke, sprečavajući ih da se vraćaju u napajanje ili upravljački krug.

Za zahtjevnije primjene, RC snubber otpor i kondenzator povezani u seriji preko motorskih terminala pruža bolje umanjivanje induktivnih porasta napona koji nastaju kada se kontakt četkice trenutačno prekine. Otpor sprečava kondenzator da djeluje kao čisto reaktivno opterećenje, što bi inače moglo stvoriti zvonjenje ili oscilacije na određenim frekvencijama. RC snubbers su posebno vrijedni kada se brush DC motor često prekida PWM upravljačem, jer prekidački valovni oblik prirodno dodatno naglašava prijelazni sučelje.

Osim toga, postavljanje malih induktorja (feritne perlice ili rane u seriju) s svakom vodom motora djeluje kao visokofrekvencijski filter koji blokira prolazno širenje šiljaka bez utjecaja na tekućinu rada u jednakoj struji. Kombiniranje serijskog šoka na svakoj vodi i kondenzatora šunta na zemlju formira LC filter s niskim prolaskom jedna od najefikasnijih konfiguracija za kontrolu EMI motora brush DC u prostorno ograničenim aplikacijama.

Osiguranje, uzemljenje i postavljanje žica

EMI zračenje iz brisača DC motora može se znatno smanjiti odgovarajućim zaštitnim i uzemljivim postupcima. U slučaju da je motorni kabl za zaštitu od zračenja, u kojem je štit od plete ili folije završen samo na jednom kraju, ne dopušta se da se zračno polje poveže s susjednim signalnim kablima. Od ključne je važnosti da se povezivanje štitnog tla napravi u jednoj točki obično na kraju upravljača kako bi se izbjeglo stvaranje zavojnica za uzemljenje koje mogu zapravo pogoršati ubrizgavanje buke u osjetljive krugove.

Prikupljanje električne energije iz električnih kablova i signala je jedan od najisplativijih načina za smanjenje buke. Udaljenost između električnih i signalnih kablova je velika. Ako odvojenost nije fizički moguća, ukrcavanje kablova za napajanje i signal pod kutom od 90 stupnjeva dramatično smanjuje spajanje u usporedbi s paralelnim usmjeravanjem.

Jednako je važno posebno, niskoimpedančno prizemno povezivanje šasije za kućište brush DC motora. Plutajući okvir motora akumulira naboj iz zabranjenog kapacitativnog spajanja, koji se zatim nepredvidljivo ispušta u okolni sustav. Spoj motornog okvira izravno na sustav uz zemlju kratkim, teškim provodnikom smanjuje ovaj učinak i pruža referentnu točku za potisne kondenzatore da djeluju učinkovito.

Strategije za smanjenje mehaničke buke

U skladu s člankom 4. stavkom 2.

Održavanje površine komutatora čistim, glatkim i ispravno začinjenim je najuspješnija mehanička intervencija za smanjenje buke četke u DC motoru s četkom. U slučaju da je četkica u potpunosti instalirana, potrebno je da se u njoj provede razdoblje u kojem se kontaktna strana četkice prilagođava krivulji komutatora. U tom razdoblju pokretanje motora s smanjenim opterećenjem minimizira iskre i brže uspostavlja optimalnu kontaktnu geometriju, što rezultira tišjim dugoročnim radom.

Ako je potrebno, potrebno je upotrijebiti i druge metode za čišćenje. Glatka, blago polirana površina komutatora s netaknutim podrezanjem gline između segmenta potiče dosljedan električni kontakt i značajno smanjuje mehaničke impulse koji se pretvaraju u zvučnu buku. U slučaju da se ne primjenjuje presjek, ne smije se koristiti otpuštanje.

Pritisak u oprugu četkice zahtijeva pažljivu kalibraciju. Prekomjerno mali pritisak na oprugu dovodi do neregularnog kontakta i visokog iskrevanja; previše pritiska ubrzava habanje i povećava toplinu i vibracije uzrokovane trenjem. U svakom brzu DC motoru određuje se optimalan raspon snage kontakta četkice, a održavanje unutar tog raspona osigurava najniži mogući nivo buke iz prijelaznog sučelja tijekom cijelog trajanja trajanja četkice.

Izolacija od vibracija i projektiranje montaže

Čak i dobro održavan brush DC motor proizvodi određenu razinu mehaničkih vibracija koje se moraju upravljati na interfejsu za montažu. U skladu s člankom 3. stavkom 2. točkom (a) ovog članka, u skladu s člankom 3. stavkom 3. točkom (b) ovog članka, proizvođač može upotrebljavati električne gorive za proizvodnju električne energije. Za izbor ispravne krutosti izolatora potrebno je znati dominantnu frekvenciju vibracija, koja je obično osnovna frekvencija okretaja u minuti i njene harmonike.

Fleksibilna spajanja osova između izlazne osovine motora brisača i pogonog opterećenja služe dvostrukoj svrsi: kompenziraju manju nepravilnost osova i apsorbiraju torzijske vibracijske impulse koji bi inače bili preneti u mehanizam opterećenja i stvarali sekundar U slučaju da se u slučaju motora s brzinom brzine od 300 kPa do 300 kPa, prijenos brzine brzine brzine brzine brzine brzine brzine brzine brzine brzine brzine brzine brzine brzine brzine brzine brzine brzine brzine brzine brzine brzine brzine brzine brzine brzine

Structuralne rezonanse u montirnom okviru mogu pojačati čak i niske vibracije motora u značajnu akustičnu buku. Jednostavno testiranje udaraca ili brisanje frekvencije vibracija može identificirati rezonančne frekvencije u nosnoj strukturi. Oštro postavljanje okvira, dodavanje masne deformacije ili premještanje točke montiranja u čvornu poziciju mogu eliminirati ove rezonančne pojačane efekte bez potrebe za promjenama samog brisačkog DC motora.

U slučaju da je vozilo u stanju da se pokrene, mora se osigurati da je vozilo u stanju da se pokrene.

PWM odabir i filtriranje frekvencije

U slučaju da se motor brševa upravlja upravljačom PWM-a, frekvencija prekidača pogona ima izravni učinak na zvučnu i električnu buku. Niske PWM frekvencije obično ispod 20 kHz spadaju u raspon ljudskog sluha i proizvode izraziti tonalni cvrk od motoričkih uzviku i jezgre. Povećanje frekvencije prekida PWM iznad 20 kHz pomjera ovaj ton izvan slušnog raspona, učinkovito eliminirajući akustičnu komponentu, a potencijalno uvodi EMI s većom frekvencijom koji zahtijeva pozornost na razini dizajna filtera.

Pri većim frekvencijama prekida, struja se smanjuje kroz uvlačenja brisača DC motora jer induktivnost uvlačenja ima više vremena za glatkoću struje između impulsa. Smanjena valovitost struje znači manje varijacije u snazi kontakta četkice i intenzitetu iskre četkice, što direktno smanjuje i električne i mehaničke komponente buke. Međutim, gubitci prilikom prekida u pogonu povećavaju se s učestalosti, tako da se mora postići ravnoteža na temelju toplinskih i učinkovitosti ograničenja specifične kombinacije pogona i četkice DC motora.

Dodavanjem izlaznog filtera između PWM upravljača i brush DC motora obično mali LC filter s niskim prolaskom pretvara se PWM valovnik u glatkiji, gotovo čisti DC valovnik na krajevima motora. To dramatično smanjuje struju izazvanu valovima, smanjuje toplinski pritisak na komutator i smanjuje zračen EMI iz motornog kabla. Izlazni filteri posebno su vrijedni u preciznim aplikacijama gdje je integritet signala kodera ili mala zvučna buka primarni zahtjev.

Kvalitet napajanja i odvajanje

Kvalitet napajanja koji napaja brush DC motor utječe na buku u oba smjera. Snabdijevanje s visokom izlaznom impedancom na visokim frekvencijama omogućit će prolaznim vrhovima generiranim komutacijom da se prošire natrag i ometaju druga opterećenja na istoj željeznici za opskrbu. Dodavanjem velike elektrolitske kapacitete na izlazu napajanja, u kombinaciji s manjim keramičkim kondenzatorima za pomicanje bliže stadiju motora, stvara se slojevita mreža odvajanja koja apsorbira tranzicije u više frekvencijskih raspona.

U slučaju da je to potrebno, za potrebe primjene u proizvodnji električnih motora, potrebno je upotrebljavati električne motore. Linearni regulatorni sustavi, iako manje učinkoviti od regulatornih sustava za prekidač, po prirodi nude nižu izlaznu buku i često se biraju za završnu fazu preciznih brisača DC pogonskih kola gdje elektromagnetna čistoća nadmašuje brige o učinkovitosti. Ako se koriste regulatorni prekidači, vlastita buka pri prekidaču mora se pažljivo upravljati filtriranjem izlaza i disciplinom rasporeda kako bi se izbjeglo dodavanje drugog izvora buke u sustav.

Često se javljaju pitanja

Zašto moj motor s četkom proizvodi više buke pri određenim brzinama?

Variacija buke s brzinom u brsnom DC motoru obično je povezana s rezonansnim učincima, promjenama brzine komutacije ili ponašanjem ležaja. "Specifična frekvencija" ili "specifična frekvencija" koja se može mjeriti na temelju sljedećih parametara: Osim toga, zvuk ležaja često se postupno povećava s brzinom kada je mazanje marginalno. Identifikacija točne brzine na kojoj zvuk doseže vrhunac i ukrštanje s izračunatom frekvencijom rezonancije pomaže u utvrđivanju temeljnog uzroka.

Mogu li koristiti kondenzator da potisnem buku brisača?

Ne mogu se koristiti svi kondenzatori za suzbijanje buke u brzu. Keramički kondenzatori s dielektričnim X7R ili X5R preferiraju se za dužnosti za pomicanje visoke frekvencije jer održavaju svoju vrijednost kapaciteta u širokom rasponu frekvencija i imaju nizak ekvivalentni serijski otpor (ESR). Elektrolitski kondenzatori, iako su korisni za skladištenje energije u velikoj količini i nizak frekvencijski filtriranje, općenito su suviše spori u svom frekvencijskom odgovoru da bi se nosili s brzim prolaznim šiljcima koji nastaju prilikom komutacijskog prekida u sustavu brisača.

Koliko često treba provjeravati četke na brsnom DC motoru?

Intervali inspekcije četkica na DC motoru za četkice u velikoj mjeri ovisi o radnom ciklusu, opterećenju i radnom okruženju. U industrijskim primjenama za neprekidnu radnu dužnost, opće je pravilo da se četke pregledaju svakih 500 do 1.000 radnih sati ili svaki put kada se čujejući zvuk ili iskre znatno povećavaju. Čepci se trebaju zamijeniti kada su se isodele na otprilike jednu trećinu svoje prvobitne dužine ili ako na površini s kojom se dodiruju pojave znakovi neujednačenog nošenja, pukotina ili kontaminacije. Proaktivno održavanje četkice jedan je od najefikasnijih načina održavanja niske razine buke tijekom cijelog životnog vijeka četkičnog DC motora.

Da li pokretanje brisača sa strujnim motorom na nižem naponu smanjuje buku?

Upućivanje brisača na smanjenom naponu općenito smanjuje buku do određene mjere, prvenstveno zato što manja struja smanjuje težinu komutacijske iskre i smanjuje mehaničke sile koje djeluju na kontakt s četkom. Međutim, ovaj pristup dolazi s kompromisima: smanjeni napon znači smanjenu brzinu i obrtni moment, što možda nije prihvatljivo u primjenama kritičnih za performanse. Bolje je koristiti brush DC motor na nazivanom naponu unutar određenog opterećenja i riješiti buku posebnim tehnikama suzbijanja umjesto smanjenja napona, što žrtvuje sposobnost motora bez rješavanja mehanizama stvaranja buke.