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如何通过电容来降低有刷直流电机的反电动势产生的电噪音?

2021-04-09 14:06:37     来源:老赵说制造        

【哔哥哔特导读】电机噪音的主要来源是换向器电刷,当电机轴旋转时,它可能会弹起,电机线圈和电机导线的电感耦合时,这种跳动会在电源线上产生大量噪声,甚至会在附近的线路中引起噪声。

电机在旋转过程中突然停止、减速或反向旋转时,在反电动势的作用下,电流会反向流回电源。如果电源吸收电流的能力较小,电源和输出引脚产生的电流可能会超过电路最大额定值。为避免过流问题,在电机设计时需要考虑反电动势带来的影响。使用直流电机的一个主要缺点是它们会产生大量的电噪声,这种噪声会干扰传感器,甚至可能通过在稳压电源线上引起电压突降而损害微控制器,足够大的电压突降会损坏微控制器寄存器中的数据或导致微控制器复位。为了阻止电噪声干扰微控制器,必须确定噪音是如何从电机内部传递到电机引脚上,如何将噪声降低到足够低的水平,不会干扰到微控制器。

电机

电机噪音的主要来源是换向器电刷,当电机轴旋转时,它可能会弹起,电机线圈和电机导线的电感耦合时,这种跳动会在电源线上产生大量噪声,甚至会在附近的线路中引起噪声。理论上带有无限小的电刷和完美间隙的换向器,恰好与其所使用的负载和速度同步时,不会产生任何火花。然而,任何真实的电机电枢在旋转、通电和断电时,换向器与电刷之间会产生一定量的火花。

通常在电机电源线之间添加反向偏置的二极管或者电容来解决,如果没有这种偏置保护,过载电压可能会破坏输入/输出端口以及微控制器。电容通常是抑制电机噪声的最有效方法在电机端子之间焊接电容器,在电机端子之间焊接至少一个电容器。一般有3种用于噪音抑制技术,其中包括:调谐,滤波和屏蔽。理想状态的电机会产生一些电噪音,需要某种形式的滤波防止该噪音进入微控制器, 最简单的滤波由一个,两个或三个电容组成。电容是一种电子组件,它仅传导高频变化的电流,跨接在电机端子上的单个电容,可以通过短路减少高频电噪音,这样可以减少电机内部噪音和电机端子上的传导噪音。

电机最重要的因素是时序性,在电机运行的条件下正确设置电刷与磁铁的相对位置,电机时序的设定从电机零点(静止点)开始,直到空载电流增加到额定工作电流的10%。电机上使用两个电容时,每个电容分别连接到电机外壳和电机端子之间,从噪音的角度来看,将外壳连入电机的电路,外壳和端子连成短路状态,电机的外壳作为屏蔽层减少辐射噪音。

为了最大程度地抑制噪声,可以焊接所有三个电容器:一个跨接在端子上,一个跨接在每个端子与电机外壳之间。三电容滤波是一个和两个电容版本的组合,一个电容跨接在电机端子上,一个电容器与每个端子和电机外壳连接,这是电机上经常使用的滤波方式。在端子之间使用0.1F(微法拉)电容,在每个端子与外壳之间使用两个0.047F电容。 使用高速率电机时,切勿使用电解电容进行噪声过滤,高频率的开关将导致此类电容爆炸,通常使用陶瓷或类似的电容。有些电机在内部已经安装了两个电容,没有必要再过多附加,尽管它不会造成任何危害。

电机外壳上的通风孔会中断电流传输,会导致电机槽变成天线并辐射电噪音,因此,通风孔应尽可能远离电刷区域。电机外壳的材料对于减少电磁噪音至关重要,外壳材料应由金属制成或金属化,以吸收电磁辐射,同时,需要考虑金属材料的相对磁导率。 金属材料应反射或吸收电磁产生的辐射波,电机端盖或端盖的材料也最好选择金属或金属化。

电机壳体中的接头或电机壳体与端盖之间的连接也可能是辐射源, 许多电机通过将电线包裹在铝箔中来解决其电噪音问题。保持电机和电源线尽可能短,通过扭曲引线来减小噪声,使它们相互缠绕。电机和电源线远离信号线,电机线会在附近的信号线中感应出电流,在嘈杂的电机附近的完全独立的电路中感应出高达20V的电压尖峰。将去耦电容器(也称为“旁路电容”)跨接在电源和地上,并靠近要与噪声隔离的电子设备。

结论

电容越接近电子设备越有效,通常来说,使用的电容越多越好,建议使用至少几百F的电解电容器。电解电容是极化的,在安装时要注意负极线接地,正极线连接到电源输入端口,并确保选择额定电压足以承受噪声尖峰的电容器,一个好的经验法则是选择一个额定电压至少为输入电压两倍的电压。

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