調(diào)速電機(jī)AM輻射噪聲研究

魏亞男 張萍 鄒愛華

摘 要：本文針對調(diào)速電機(jī)AM頻段輻射超標(biāo)問題搭建電機(jī)系統(tǒng)的等效模型，借助仿真工具研究電機(jī)各參數(shù)對RE的影響；分析了該電機(jī)驅(qū)動(dòng)信號的頻譜分量，定位噪聲根源為PWM驅(qū)動(dòng)信號，通過仿真計(jì)算得到最終優(yōu)化方案，對PWM驅(qū)動(dòng)電機(jī)系統(tǒng)的EMC設(shè)計(jì)有指導(dǎo)意義。

關(guān)鍵詞：電機(jī)；輻射噪聲；電磁兼容；仿真

為實(shí)現(xiàn)電機(jī)調(diào)速功能，許多產(chǎn)品采用PWM驅(qū)動(dòng)的設(shè)計(jì)[1-2]，如整車座椅設(shè)計(jì)中實(shí)現(xiàn)座椅調(diào)節(jié)的調(diào)速功能，座椅模塊通過調(diào)節(jié)輸出PWM占空比，實(shí)現(xiàn)調(diào)速。這種系統(tǒng)方案在進(jìn)行輻射騷擾測試時(shí)大多會出現(xiàn)AM頻段超標(biāo)現(xiàn)象，反映在整車上會在收音機(jī)AM電臺上出現(xiàn)明顯噪聲。本文以此為背景，研究噪聲來源與影響因素，以解決該設(shè)計(jì)方案AM頻段噪聲超標(biāo)問題。

1 背景

某款車型調(diào)速電機(jī)進(jìn)行系統(tǒng)級電磁兼容測試時(shí)出現(xiàn)AM頻段輻射超標(biāo)的現(xiàn)象，輻射干擾測試結(jié)果如圖1所示，且整車級EMC測試時(shí)電機(jī)系統(tǒng)干擾收音機(jī)AM電臺，產(chǎn)生明顯的噪聲。

2 問題分析

為研究該測試結(jié)果的影響因素，本文通過搭建電機(jī)系統(tǒng)等效模型，研究電機(jī)參數(shù)以及控制信號對RE的影響。

2.1 電機(jī)參數(shù)影響

由圖4電機(jī)內(nèi)部參數(shù)對AM噪聲影響可知，調(diào)整電機(jī)內(nèi)部器件參數(shù)：X電容（圖4.1）、Y電容（圖4.2）以及串聯(lián)電感（圖4.3）對AM噪聲超標(biāo)無明顯改善，故僅通過調(diào)整電機(jī)元器件參數(shù)無法達(dá)到降低AM噪聲的目的。

2.2 PWM控制信號參數(shù)影響

由式（1）傅里葉變換公式[3]，將時(shí)域信號轉(zhuǎn)換為頻域信號，該P(yáng)WM控制信號的頻譜分布如圖5所示。

該P(yáng)WM信號在AM頻段的頻譜分量最高達(dá)160 mV，改變PWM邊沿斜率，即增加上升下降沿時(shí)間，可明顯改善AM頻段輻射噪聲，如圖6 PWM邊沿速率影響所示。圖7為不同邊沿速率PWM信號的頻譜對比，由圖可知，邊沿越陡峭，AM頻段頻譜分量的幅值越大，即所包含能量越高，從而產(chǎn)生的輻射干擾越大。此外，降低電流也對AM噪聲有明顯改善，但考慮電機(jī)功率，該改進(jìn)方案不可取。

由以上分析可知，該調(diào)速電機(jī)AM輻射噪聲根源為PWM信號邊沿所包含的頻譜分量，且調(diào)整電機(jī)參數(shù)對噪聲結(jié)果無明顯改善。因此，最終優(yōu)化方案為延緩PWM邊沿至25 μs。

3 結(jié)束語

本文通過仿真分析，定位PWM信號為調(diào)速電機(jī)系統(tǒng)產(chǎn)生AM噪聲的根源。由仿真計(jì)算結(jié)果得出：改變電機(jī)元器件參數(shù)對噪聲結(jié)果無明顯改善；減緩PWM上升下降沿，即降低AM頻段的頻譜分量可明顯降低AM噪聲，最終通過調(diào)整PWM邊沿至25 μs解決了AM輻射超標(biāo)的問題。

因此，在電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)中，應(yīng)關(guān)注PWM信號參數(shù)，前期結(jié)合仿真計(jì)算，從源頭上避免噪聲超標(biāo)的現(xiàn)象。

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