如何消除直流电机的噪音?

2022-05-26

       直流电机通过换向器电刷来连通电源,当电流流过线圈时,磁场产生力,而力使直流电机转动产生转矩,有刷直流电机的速度通过改变工作电压或磁场强度来实现,有刷电机往往会产生大量噪声(声音和电气噪声)。如果未隔离或屏蔽这些噪声,电气噪声会干扰电机电路,从而导致电机运行不稳定。直流电机产生的电噪声可分为两类:电磁干扰和电噪声。电磁辐射很难诊断,一旦检测到问题,很难与其他噪声源区分开,射频干扰或电磁辐射干扰是由于电磁感应或从外部源发出的电磁辐射,电噪声可能会影响电路的有效性,这些噪音可导致机器的简单退化。
 
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       电机运行时,在电刷和换向器之间偶尔会产生火花, 火花是产生电气噪音的原因之一,特别是当电机启动时,相对较高的电流会流入绕组, 较高的电流通常会导致较高的噪声。电刷在换向器表面上保持不稳定,电机的输入比预期的要高得多时,也会发生类似的噪声。其他因素包括在换向器表面上形成的绝缘,也会导致电流不稳定。
 
  电磁辐射干扰会耦合到电机的电路部分,导致电机电路故障和性能下降,电磁干扰的水平取决于各种因素,如电机的类型(有刷或无刷),驱动波形和负载。通常,有刷电机会比无刷电机产生更多的电磁干扰,无论哪种类型,电机的设计都会极大地影响电磁泄漏,小型有刷电机有时会产生较大的射频干扰,大多采用简单的LC低通滤波器和金属外壳。
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       电源的另一个噪声源是电源,由于电源的内部电阻不为零,在每个旋转周期内,不恒定的电机电流会转化为电源端子上的电压纹波,直流电机会在高转速运行过程中产生噪音。为了减少电磁干扰,电机尽可能放置在远离敏感电路的地方。电机的金属外壳通常可提供足够的屏蔽能力,以减少空中电磁干扰,但是额外的金属外壳应提供更好的降低电磁能力。
 
  电机产生的电磁信号也可以耦合到电路中,形成所谓的共模干扰,此类干扰无法通过屏蔽消除,可以通过简单的LC低通滤波器有效地降低。为了进一步降低电噪声,需要在电源处滤波。通常在电源端子两端增加一个较大的电容器(例如1000uF及以上)来完成的,以降低电源的有效电阻,从而改善瞬态响应,采用滤波-平波电路图(见下图)来完成过流,过压,LC滤波。
 
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       电容和电感一般会对称出现电路中,以保证电路的平衡,构成LC低通滤波器,抑制碳刷产生的传导噪声。电容主要抑制由碳刷随机断开产生的尖峰电压,同时电容有较好的滤波功能,电容的安装一般与地线相连。电感主要防止碳刷与换向器铜片间隙电流的突然变化,接地可以增加LC滤波器的设计性能和滤波效果。两个电感和两个电容构成了对称的LC滤波功能,电容主要来消除碳刷产生的尖峰电压,PTC用来消除温度过高和电流浪涌过大对电机电路的的冲击。
 
       为了降低电磁干扰水平,应将电机放置在尽可能远离敏感电路的地方以减少干扰,还应提供额外的金属外壳。为了在共模干扰的情况下抑制电磁干扰,内置简单的LC低通滤波器。通过将电机与简单的速度控制器连接在一起,也可以消除其他电气噪声, 高阶LC滤波器可以进一步提高噪声过滤性能。
 
 
 
 
 
 
广州市广镒机电有限公司

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