Минимизирање буке у ДЦ моторном систему четке

Ако сте икада користили машину која се покреће мотор са правним струјом и приметили иритирајући буцање, буцање или електричне помере, већ разумете зашто је минимизација буке један од најважнијих инжењерских изазова у дизајну моторних система. Бука у систему дицек мотора са четкицом није само акустична досада може пореметити оближњу електронику, погоршати квалитет сигнала у осетљивој инструментацији, скратити животни век компоненте и створити проблеме са у складу у регулисаним окружењима. Разумевање коренских узрока ове буке и знање како се систематски бавити њима је од суштинског значаја за свакога ко дизајнира, интегрише или одржава апликацију за ДЦ мотор.

Добра вест је да већина проблема са буком у мотор са правним струјом схема је предвидива, дијагностикована и исправљива са правом комбинацијом механичких, електричних и стратегија на нивоу апликације. Овај чланак разбија главне изворе буке, објашњава како се сваки тип манифестује и пролази кроз практичне технике за сузбијање на сваком нивоу система од самог мотора до напајања, распореда жица и повезивања оптерећења. Било да радите са малом јединице хоби-класе или високо-циклу индустријски четка ДЦ мотор, ови принципи се примењују доследно широм линије.

Разумевање извора буке у ДЦ мотору са четкицом

Коммутација истрчања и електрична бука

Механичка карактеристика било ког дицена мотора са четкицом је његова коммутаторска и четкичка конзола, која је такође примарни генератор електричне буке. Како четке клизу преко сегмената комутатора, оне прекидају и обнављају ток током у навијањима арматуре на високој фреквенцији. Ово понављање прекида ствара врхове напона и прелазне импулсе који се шире кроз линије напајања и излучују као електромагнетне интерференције (ЕМИ).

Стручност искривања комутације зависи од неколико интерактивних променљивих: материјала четке и притиска пруге, стања површине комутатора, индуктивности арматуре и брзине на којој се струја мора прекинути. Износени или погрешно исправљени ДЦ мотор са четкицом обично ће производити знатно више искра од добро одржаване јединице која ради у својим номиналним параметрима. Чак и мање ровење комутатора може повећати контактни отпор неједнако, погоршавајући пролазни образац пика.

Електрична бука настала на комутатору класификована је као провођена ЕМИ (прелазак кроз жице) и излучена ЕМИ (излучена као електромагнетни таласи). Оба типа могу утицати на блиску електронику, смањити верност сигнала енкодера, изазвати лажно покретање у контролним колама и увести таласне напоне у регулисане залихе напајања. Решење ове буке на извору интерфејс за комутацију је увек најефикаснији први корак пре примене филтрирања доле.

Механичке вибрације и акустична бука

Поред електричне буке, мотор са четкицом такође производи механичке вибрације и чутни звук кроз неколико физичких путева. Бршење четкица је један од најчешћих криваца: док четкице одскачу преко неправилности површине комутатора, генеришу ритмичну механичку вибрацију која се преноси кроз кућиште мотора и у монтажну структуру. Ова вибрација може изазвати резонансне фреквенције у шаси или оквиру, знатно појачавајући перципиран бука.

Оснивање и оштећење подлога и марење су такође значајни фактори. ДЦ мотор са четкицом који ради под погрешним распоредом, прекомерним радијалним оптерећењем или са деградираном мастима за лежање произведе ће карактеристичан високофреквентни звук или звук брушења. Ова врста буке често се повећава са брзином ротације и поуздана је рана индикација предстојећег неуспеха лежаја. Ранне откривање кроз рутинско праћење вибрација спречава скупо непланирано време за заустављање рада.

Неравнотежа арматуре уводе још један пут механичке буке. Ако се ротирајућа маса арматуре д.ц. мотора не уравнотежи правилно, она ствара ротирајућу силу неравнотеже на основној фреквенцији ротације. Ово се показује као вибрација на 1x РПМ и, када се преноси на оптерећење кроз круто спој или неисправно дизајниран погон, може генерисати изненађујуће јаку структурну буку чак и на умереним брзинама.

Технике електричне супресије за буку ДЦ мотора за четке

Кондензатори и РЦ Снуббери на моторним терминалима

Најједноставнији и најшироко коришћенији приступ сузбијању проводених ЕМИ-а у кругу ДЦ мотора са четкицом је примена бипас кондензатора директно преко моторских терминала. Керамички кондензатор у распону од 0,1 мкФ до 0,47 мкФ постављен што је физички могуће ближе конзолама конзола за конзола за конзола за конзола за конзолу пружа пут ниске импеданце до земље за високофреквентне транзитивне пикове, спречавајући их

За захтевније апликације, РЦ снаббер отпор и кондензатор повезани у серији преко моторских терминала пружа боље умирање индуктивних стреса који се јављају када се контакт четке тренутно прекине. Резистор спречава кондензатор да делује као чисто реактивно оптерећење, што би иначе могло створити звон или осцилацију на одређеним фреквенцијама. РЦ снуббери су посебно вредни када се мотор за ПВМ често прекида ПВМ контролером, јер прелазни таласни облик природно додатно наглашава интерфејс за комутацију.

Поред тога, постављање малих индуктора (феритних биљака или рана задушица) у серији са сваком водом мотора делује као филтер високе фреквенције који блокира пролазно ширење пика без утицаја на струју рада ЦЦ. Комбинација серијског гушења на свакој проводници и шунт кондензатора на земљу формира ЛЦ нископролазни филтер једна од најефикаснијих конфигурација за контролу ЕМИ четкица константног мотора у просторно ограниченим апликацијама.

Заштита, заземљавање и распоред жица

Излучени ЕМИ из четкица дицектен мотор може се значајно смањити путем одговарајуће штитње и заземљавања. Заштићени моторни каблови, где је зашијка или фолија заштите завршена на шасију мотора само на једном крају, спречавају зрачење поља од спајања у суседне сигналне каблове. Критично је да се прикључок за заземљење штита направи у једној тачки обично на крају контролера како би се избегло стварање заземљивих петљица које могу заправо погоршати убризгавање буке у осетљиве кола.

Физичко одвајање између каблова за напон диценаца и нисконапонских сигналних линија је једна од најефикаснијих мера за смањење буке. Радовање кабела за напон и сигнал паралелно на дугим растојањима позива на индуктивно и капацитивно спајање. Када се раздвајање није физички могуће, прелазак кабела за напон и сигнал под углом од 90 степени драматично смањује спајање у поређењу са паралелним рутингом.

Непосредно је важно да се за кућиште моторног конзулатора за четкицу постави посвећено, нискоимпедантно површино. Плавајући мотори акумулишу наплату од пропаданог капацитивног спајања, који се затим непредвидиво испушта у околни систем. Везивање рама мотора директно на системско гдјење кратким проводником тешке размерице смањује овај ефекат и пружа референтну тачку за супресионске кондензаторе да ефикасно раде против.

Стратегије за смањење механичке буке

Практике одржавања четке и комутатора

Држење површине комутатора чистом, гладном и правилно зачепљеном је најнажељнија механичка интервенција за смањење буке четке у четкином ДЦ мотору. Свеже инсталирана четка захтева период трчања током којег се контактна страна четке у складу са кривином комутатора. Покретање мотора са смањеном оптерећењем у овом периоду минимизује искре и брже успоставља оптималну геометрију контакта, што резултира тишијим дугорочним радњем.

Чишћење комутатора треба периодично обављати помоћу одговарајућих алата обично камен комутатора или полирачка крпаца од фине градине како би се уклониле натрупане угљенске депозите и оксидација. Глатка, мало полирана површина комутатора са нетакненим подрезама мике између сегмената промовише конзистентан електрични контакт и значајно смањује механичке импулсе који се преведу у акустичну буку. Никада не користите абразивне материјале који мењају округлост комутатора или превише уклањају основни бакарни материјал.

Натисак пруге четке захтева пажљиву калибрацију. Превише мали притисак пруге доводи до неуређеног контакта и високог искра; превише притиска убрзава зношење и повећава топлоту и вибрације изазване тријењем. Сваки дизајн дицена мотора четке одређује оптимални опсег контактне снаге четке, а задржавање у том опсегу осигурава најнижи постигли шум од прекидачког интерфејса током цијелог радног века четкица.

Изолација од вибрација и дизајн монтаже

Чак и добро одржаван мотор за четкицу производи одређени ниво механичке вибрације која мора бити управљана на интерфејсу монтаже. Антивибрациони монтажи еластомерски изолатори постављени између основе мотора и структурног оквира одвоје вибрације мотора од шасије, спречавајући појачање кроз резонанцу. Избор исправне крутости изолатора захтева познавање доминантне фреквенције вибрације, која је обично основна фреквенција РПМ и њене хармонике.

Флексибилни споји оска између излазне оске мотора константног мотора и покрећеног оптерећења имају двоструку сврху: они компензују мање погрешно усклађивање оска и апсорбују торзионне вибрационе импулсе који би иначе преносили у механизам оптерећења Копљачки уређаји са полиуретаним пауковима, дискови и гредачки уређаји нуде различите нивое торзионне усаглашености и треба их одабрати на основу профила вртећег момента специфичне апликације ДЦ мотора за четкицу.

Структурне резонансе у монтажном оквиру могу да појачају чак и ниску ниво моторне вибрације у значајну акустичну буку. Једноставни тест на додир или прометање фреквенције вибрације могу идентификовати резонансне фреквенције у структури за подршку. Оштрење оквира, додавање масе за потицање или премештање тачке монтаже у нодалну позицију могу елиминисати ове ефекте резонантног појачавања без потребе за било каквим променама у самом ДЦ мотору четке.

Минимизација буке на нивоу вожње и контроле

Избор и филтрирање Фреквенције ПВМ

Када се четкични диценатски мотор управља дисетором модулације пулсног ширина (ПВМ), фреквенција преласка дисената има директен утицај на звучну и електричну буку. Ниске ПВМ фреквенције обично испод 20 кХЗ спадају у опсег људског слуха и производе посебан тонални уврт од намотања мотора и језгра. Подизање фреквенције ПВМ преласка изнад 20 кХЗ помера овај тон изван звучног опсега, ефикасно елиминишући акустичну компоненту док потенцијално уводе ЕМИ високе фреквенције који захтева пажњу на нивоу дизајна филтера.

На већим фреквенцијама прекидања, струја се смањује кроз намотање дицена мотора, јер индуктивност намотања има више времена да изглади струју између импулса. Нижа таласна струја значи мању варијацију у сили контакта четкице и интензитету искричења четкице, директно смањујући и електричне и механичке компоненте буке. Међутим, губици преласка у покретачу повећавају се са фреквенцијом, тако да се мора постићи равнотежа на основу термичких и ефикасних ограничења специфичне комбинације покретача и четкице дицеконцимерног мотора.

Додавање излазног филтера између ПВМ драйвера и четкичног ДЦ мотора обично мали ЛЦ нископролазни филтер претвара ПВМ таласни облик у глаткији, скоро чист ток ЦЦ на терминалима мотора. Ово драматично смањује струјну искру изазвану таласом, смањује топлотни стрес на комутатор и смањује излучујућу ЕМИ из моторног кабела. Излазни филтери су посебно вредни у прецизним апликацијама где је интегритет сигнала кодера или ниска звучна бука примарни захтев.

Квалитет снабдевања струјом и одвајање

Квалитет напајања који храни систем дицена мотора са четкицом утиче на буку у оба правца. Добављање са високом излазном импеданцом на високим фреквенцијама омогућиће прелазним врховима генерисаним комутацијом да се шире назад и узнемиравају друга оптерећења на истој прузи за снабдевање. Додавање бук-електролитичке капацитете на излазу напајања, у комбинацији са мањим керамичким кондензаторима за заобилазак ближе фази возача мотора, ствара слојено одвајање мреже која апсорбује транзијенте у више фреквенционих опсега.

Регулисана снабдевања са активним одбацивањем буке су пожељна од једноставних нерегулисаних снабдевања трансформатора-ректификатора у апликацијама буке-осетљивих четкица. Линеарни регулатори, иако су мање ефикасни од регулатора за прекидање, пружају по својству нижу густ излаза и често се бирају за завршну фазу прецизних кругова за покретање ДЦ мотора са четкицом где електромагнетна чистота превазилази бриге о ефикасности. Када се користе регулатори за прекидање, њихова сопствена бука за прекидање мора бити пажљиво управљана филтрирањем излаза и дисциплином распореда како би се избегло додавање другог извора буке у систем.

Često postavljana pitanja

Зашто мој мотор за четкице производи више буке са одређеним брзинама?

Варијација буке са брзином у ДЦ мотору са четкицом је обично повезана са резонансним ефектима, променама брзине комутације или понашањем лежаја. При одређеним вредностима РПМ, фреквенција комутације или њене хармонике могу се поклапати са механичком резонанцом у кућишту мотора или монтажној конструкцији, узрокујући појачану буку на тој брзини. Поред тога, бука лежања често се постепено повећава са брзином када је мачење маргинално. Идентификовање тачне брзине на којој шум достиже врхунац и ускрснивање са израчунатим резонантним фреквенцијама помаже у утврђивању коренског узрока.

Могу ли користити било који кондензатор да потиснем буку ДЦ мотора?

Не су сви кондензатори једнако ефикасни за сузбијање буке дицек мотора. Керамички кондензатори са диелектриком Х7Р или Х5Р пожељни су за дужности за бипас високе фреквенције јер одржавају своју вредност капацитације у широком опсегу фреквенција и имају низак еквивалентни серијски отпор (ЕСР). Електролитички кондензатори, иако су корисни за складиштење бурног енергије и нискофреквентно филтрирање, генерално су сувише спори у њиховом фреквентном одговору да би се носили са брзим прелазним пиковима који се генеришу комутационим прелазом у систе

Колико често треба да се проверавају четке на ДЦ мотору четке?

Интерални интервали за инспекцију четкица на четкичном ДЦ мотору у великој мери зависе од радног циклуса, оптерећења и радног окружења. У индустријским апликацијама за континуирано радно време, општа смерница је да се четке прегледају сваких 500 до 1.000 радна сата или сваки пут када се чутна бука или искри значајно повећавају. Четкице треба заменити када се нанесу до око једне трећине своје првобитне дужине или ако површина са којом се контактује показује знаке неравномерног зноја, пукотина или контаминације. Проактивно одржавање четкице је један од најефикаснијих начина да се одржи низак ниво буке током целог радног живота четкице дицел мотора.

Да ли покретање четкица дицена мотора на нижим напонима смањује буку?

Покретање четкица дицена мотора на смањеном напону генерално смањује буку до одређеног степена, првенствено зато што нижа струја смањује тежину искривања комутације и смањује механичке снаге које делују на контакт четкице. Међутим, овај приступ долази са компромисима: смањен напон значи смањену брзину и излаз крутног момента, што можда није прихватљиво у апликацијама које су критичне за перформансе. Боља стратегија је да се мотор за четкицу за константно струје ради на номинираном напону у одређеном опсегу оптерећења и да се брине о буци путем специјалних техника супресирања, а не кроз понижавање напона, што жртвује способност мотора без решавања механизма стварања буке