無論是復雜的系統還是簡單的設備,電磁兼容性的任何主要科學內容都圍繞著三個要素:電磁干擾源、傳輸路徑和敏感設備。干擾源伴隨著敏感設備,可能有一方的潛在干擾路徑從一邊到另一邊,這就是傳輸路徑。干擾傳輸路徑分為兩種,輻射干擾和傳導干擾。輻射干擾主要針對遠場下的干擾電磁波,傳導干擾主要研究傳輸線的分布參數和電流傳輸方式對噪聲傳輸的影響。帶有換向器和電刷的直流電動機屬于電感式負載,當電機工作時,突然切斷電源,線圈繞組就會產生一個感性負載的沖擊。電刷從一側傳送到另一側,由于他的接觸電阻急劇變化,導致電流突變,從而產生電弧,這時電刷與轉子之間會產生強烈的電磁干擾。該電磁干擾頻率約為0.15~300MHz,具有頻譜寬、諧波豐富等特點。
可以采用各種主動和被動的方法來減少依賴精密運動控制的系統中的電磁干擾(EMI)。對于從醫療診斷到辦公自動化設備的應用,需要抑制傳導和輻射噪聲是至關重要的,特別是考慮到日益嚴格的電磁兼容性(EMC)要求。面臨的挑戰是如何在不給子組件增加大量成本或重量的情況下保持系統完整性和直流電機性能。
雖然很難消除電磁干擾,但我們可以采取各種措施來抑制電磁干擾,以減少對系統或設備的影響,在電磁兼容性設計過程中,濾波器是相當關鍵和復雜的技術,而濾波器是傳導干擾和輻射干擾的主要保護措施。減少電磁干擾影響的一個積極方法是通過定制帶有差分線路驅動器的直流電機和編碼器組合,差分電路通過處理輸入端兩個互補信號的代數差來提高抗噪聲能力。差分線路驅動器接收來自編碼器的信號,并在一個輸出端反轉極性,形成互補信號。一個5V的輸入信號將在一個輸出上傳輸為5V,在另一個上傳輸為0V。因為傳輸線是平衡的,而且位置很近,所以在電路中誘發的任何噪聲都同樣影響到兩根線的信號幅度、極性和相位。
這些線路饋送到一個差分接收器,該接收器將一個輸入重新轉換并加上線路中的電壓,有效地抵消了電磁干擾。因此,如果一個+1V的噪聲尖峰進入5V系統,在尖峰持續時間內,線路將攜帶6V和1V,然后接收器將反轉1V的輸入,并檢測原來的5V。
為了確保噪聲對兩條傳輸線的影響相同,差分電路通常采用雙絞線布線,特別是當傳輸距離變長時。對于較短的傳輸,帶狀電纜就足夠了,使用雙絞線,可以實現更高的抗噪聲能力,因為電感耦合的噪聲電流是不相位的,在每個回路中有效地相互抵消。線路在接收端應只用一個與差分線路阻抗相等的電阻進行端接。雖然差分電路和雙絞線能抵消編碼器電路內的噪聲,但在運動控制系統的其他部分仍可能遇到電磁干擾。適當的接地、濾波和屏蔽可以加強這些技術,進一步抑制電磁干擾。
在涉及無源元件的具體電磁干擾降低選項方面,可以加入電容和電感來過濾噪聲。雖然過濾器可以在外部安裝,但在電機框架內添加過濾器是有利的,可以將元件盡可能地靠近噪聲源,以獲得Zui大的效果。對于低頻電磁干擾(通常低于30MHz),可以從終端到地和/或終端到終端安裝電容,以達到zuijia的過濾效果。為了減少高頻噪聲(一般高于30MHz),可以在電線和電纜束上安裝鐵氧體磁珠,將其滑過電線的絕緣層。為了Zui大限度地抑制電氣噪聲,可以指定一個無源元件的組合來創建一個低通濾波器,在低頻時是電感電容式的,在高頻時是耗散式的。
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