สัญญาณรบกวนแม่เหล็กไฟฟ้าในมอเตอร์: คำจำกัดความ คุณลักษณะ และสาเหตุ

สัญญาณรบกวนแม่เหล็กไฟฟ้าในมอเตอร์เป็นปัญหาทั่วไประหว่างการทำงานของมอเตอร์ มีต้นกำเนิดมาจากคลื่นแรงแม่เหล็กไฟฟ้าที่เกิดจากสนามแม่เหล็กสลับในช่องว่างอากาศระหว่างสเตเตอร์และโรเตอร์ เช่นเดียวกับผลกระทบทางแม่เหล็กของแกนเหล็ก ซึ่งทำให้เกิดการสั่นสะเทือนของแกนเหล็กสเตเตอร์และโครง และยังส่งเสียงรบกวนออกไปอีก สัญญาณรบกวนแม่เหล็กไฟฟ้ามีความแตกต่างจากเสียงทางกลและเสียงตามหลักอากาศพลศาสตร์และมีสาเหตุที่ซับซ้อนและทำให้ประสิทธิภาพการทำงานของมอเตอร์ลดลง ความเข้าใจเชิงลึก-เกี่ยวกับคำจำกัดความ คุณลักษณะ และสาเหตุที่แท้จริงทำหน้าที่เป็นข้อกำหนดเบื้องต้นขั้นพื้นฐานสำหรับการปรับประสิทธิภาพของมอเตอร์ให้เหมาะสมและการลดเสียงรบกวน โดยเฉพาะอย่างยิ่ง หมายถึงสัญญาณรบกวนในอากาศที่แผ่ออกไปด้านนอกเมื่อคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าเป็นระยะๆ ที่เกิดจากสนามแม่เหล็กสลับในสเตเตอร์-ช่องว่างอากาศของโรเตอร์ทำให้เกิดการสั่นบังคับของแกนสเตเตอร์และเฟรม ร่วมกับสัญญาณรบกวนการสั่นสะเทือนที่เกิดจากผลของสนามแม่เหล็กของแกนเหล็ก

สัญญาณรบกวนแม่เหล็กไฟฟ้าในมอเตอร์สามารถแยกความแตกต่างได้อย่างชัดเจนจากเสียงทางกลและเสียงตามหลักอากาศพลศาสตร์ด้วยลักษณะทั่วไปดังต่อไปนี้:

หลังจากปิดมอเตอร์ โรเตอร์จะยังคงหมุนต่อไปเนื่องจากความเฉื่อย แต่เสียงรบกวนก็หายไปทันทีและสมบูรณ์ นี่เป็นวิธีที่ง่ายที่สุดในการแยกแยะสัญญาณรบกวนแม่เหล็กไฟฟ้าจากสัญญาณรบกวนประเภทอื่นๆ ในการทดสอบภาคปฏิบัติ ความเร็วของมอเตอร์ก่อนตัดกำลังต้องสูงกว่าความเร็วที่สงสัยว่าเกิดสัญญาณรบกวนแม่เหล็กไฟฟ้า เนื่องจากความเร็วในการหมุนลดลงอย่างรวดเร็วหลังจากการตัดกระแสไฟ (โดยเฉพาะสำหรับมอเตอร์แม่เหล็กถาวร) ความเร็วในการปิดเครื่องที่ค่อนข้างสูงจึงเป็นสิ่งจำเป็นเพื่อให้แน่ใจว่าช่วงความเร็วในการทำงานหลังปิดเครื่อง-จะครอบคลุมแถบความเร็วที่เกิดสัญญาณรบกวนแม่เหล็กไฟฟ้า

สัญญาณรบกวนแม่เหล็กไฟฟ้าความถี่ต่ำ-มักแสดงเป็นเสียงฮัมเรโซแนนซ์ทื่อ ซึ่งส่วนใหญ่เกิดจากฮาร์โมนิกของสนามแม่เหล็กลำดับต่ำ- สัญญาณรบกวนแม่เหล็กไฟฟ้าความถี่สูง-จะแสดงออกมาในรูปแบบเสียงหวีดแหลมหรือเสียงแหลม ซึ่งส่วนใหญ่มีสาเหตุมาจากฮาร์โมนิกการปรับสัญญาณ PWM, ฮาร์โมนิกของสล็อต และสัญญาณฮาร์โมนิกแม่เหล็กระดับสูง-

เสียงสะท้อนจะเกิดขึ้นเมื่อความถี่กระตุ้นของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าเกิดขึ้นพร้อมกันหรือประมาณความถี่การสั่นสะเทือนตามธรรมชาติของแกนสเตเตอร์และเฟรม ส่งผลให้ระดับเสียงรบกวนเพิ่มขึ้นแบบเอ็กซ์โพเนนเชียล และส่งผลให้เกิดเสียงรบกวนที่ผิดปกติอย่างรุนแรง

กลไกการก่อตัวของสัญญาณรบกวนแม่เหล็กไฟฟ้าเกิดขึ้นตามสายโซ่: -ความบิดเบี้ยวของสนามแม่เหล็กช่องว่างอากาศ → คลื่นแรงแม่เหล็กไฟฟ้าสลับ → แรงสั่นสะเทือนของโครงสร้างที่ถูกบังคับ → การแผ่รังสีเสียง โดยมีการบิดเบือนสนามแม่เหล็กช่องว่างอากาศ- เป็นสาเหตุหลัก

1. ความผันผวนของแรงแม่เหล็กไฟฟ้าในแนวรัศมีที่เกิดจากช่องว่างอากาศ- ความบิดเบี้ยวของสนามแม่เหล็ก

ช่องว่างอากาศระหว่างสเตเตอร์และโรเตอร์เป็นสื่อหลักสำหรับการส่งผ่านสนามแม่เหล็กภายในมอเตอร์ ภายใต้สภาวะที่เหมาะสม สนามแม่เหล็กช่องว่างอากาศ-จะเป็นไปตามรูปคลื่นไซน์มาตรฐานที่มีแรงแม่เหล็กไฟฟ้ากระจายสม่ำเสมอและสมมาตร ปราศจากความผันผวนเป็นระยะๆ จึงไม่สร้างการสั่นสะเทือนหรือเสียงรบกวน อย่างไรก็ตาม ในการใช้งานจริงทางวิศวกรรม การออกแบบและการเบี่ยงเบนด้านการผลิตต่างๆ เช่น -การจับคู่สล็อตของขั้ว -ความเยื้องศูนย์ของโรเตอร์ วงจรแม่เหล็กไม่สมมาตร และกระแสเฟสที่ไม่สมดุล จะบิดเบือนสนามแม่เหล็กและสร้างสนามแม่เหล็กฮาร์มอนิกจำนวนมาก เมื่อวางทับบนสนามแม่เหล็กพื้นฐาน สนามฮาร์มอนิกเหล่านี้จะผลิตคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าในแนวรัศมีที่มีลำดับและความถี่ต่างกัน แรงในแนวรัศมีทำหน้าที่เป็นแรงสลับเป็นระยะๆ บนฟันสเตเตอร์และแกนเหล็ก แรงในแนวรัศมีจะยืดและบีบโครงสร้างของสเตเตอร์อย่างต่อเนื่องเพื่อกระตุ้นการสั่นสะเทือนของสเตเตอร์ความถี่สูง- พลังงานการสั่นสะเทือนจะถูกส่งไปยังโครงมอเตอร์ กระตุ้นให้อากาศโดยรอบปั่นป่วน และก่อให้เกิดสัญญาณรบกวนแม่เหล็กไฟฟ้าในที่สุด กลไกหลักนี้คิดเป็นสัดส่วนมากกว่า 80% ของพลังงานเสียงแม่เหล็กไฟฟ้าทั้งหมด

2. การกระตุ้นฮาร์มอนิกของสล็อตที่เกิดจากเอฟเฟกต์ของสล็อต

ช่องที่กลึงบนสเตเตอร์และโรเตอร์จะทำลายความสม่ำเสมอของวงจรแม่เหล็กในช่องว่างอากาศ และกระตุ้นสนามแม่เหล็กฮาร์มอนิกของช่อง การเปิดช่องสเตเตอร์และโรเตอร์ทำให้เกิดการผันผวนของความหนาแน่นฟลักซ์แม่เหล็กของช่องว่าง-เป็นระยะๆ ทำให้เกิดแรงแม่เหล็กไฟฟ้าฮาร์มอนิกของช่องที่มีลำดับคงที่และแอมพลิจูดที่เสถียร แรงฮาร์มอนิกดังกล่าวมีความถี่คงที่และความสามารถในการกระตุ้นสูง ซึ่งเป็นสาเหตุหลักของ-เสียงผิวปากแม่เหล็กไฟฟ้าความถี่สูงในมอเตอร์แม่เหล็กถาวรและมอเตอร์เหนี่ยวนำขนาดเล็กและขนาดกลาง- โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อหมายเลขช่องสเตเตอร์และโรเตอร์ตรงกันอย่างไม่สมเหตุสมผล แอมพลิจูดของแรงฮาร์มอนิกของช่องจะเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว ซึ่งสะท้อนกับโครงสร้างของสเตเตอร์ได้ง่าย และทำให้ข้อบกพร่องทางเสียงรุนแรงขึ้น ดังนั้น การจับคู่ช่องโรเตอร์ของสเตเตอร์-จึงเป็นพารามิเตอร์ที่สำคัญในการออกแบบมอเตอร์ จะต้องได้รับการยืนยันในขั้นตอนการออกแบบเบื้องต้น เนื่องจากการดัดแปลงในระยะหลังจะยากมาก

3. ผลกระทบจากสนามแม่เหล็กและการรบกวนจากฮาร์โมนิกควบคุม

ในด้านหนึ่ง แผ่นเหล็กซิลิกอนของแกนเหล็กของมอเตอร์จะเกิดการขยายตัวและการหดตัวเล็กน้อยเป็นระยะๆ ภายใต้สนามแม่เหล็กสลับ ที่เรียกว่าเอฟเฟกต์สนามแม่เหล็ก การเสียรูประดับไมโคร-ความถี่สูง-ดังกล่าวทำให้เกิดการสั่นสะเทือนโดยรวมของแกนเหล็ก และทำให้เกิดเสียงฮัมแม่เหล็กไฟฟ้าความถี่ต่ำ- ซึ่งมีความโดดเด่นเป็นพิเศษในมอเตอร์กำลังสูง-ที่มีแกนเหล็กขนาดใหญ่- ในทางกลับกัน มอเตอร์ความเร็ว-ที่ปรับความถี่ได้-แบบแปรผันนั้นขับเคลื่อนโดยตัวแปลงความถี่ที่ใช้การมอดูเลตแบบ PWM การมอดูเลตพัลส์คลื่นสี่เหลี่ยม-ทำให้เกิด-แรงดันความถี่สูงและกระแสฮาร์โมนิกส์มากมาย ซึ่งจะทำให้สนามแม่เหล็กช่องว่าง-อากาศบิดเบี้ยวมากขึ้น สร้าง-คลื่นแรงแม่เหล็กไฟฟ้าความถี่สูง และทำให้เกิด-สัญญาณรบกวนผิวปากความถี่สูงที่เป็นเอกลักษณ์ของมอเตอร์ความถี่- นอกจากนี้ ความเยื้องศูนย์-ของช่องว่างอากาศ การกระจายตัวของขดลวดไม่สมมาตร ข้อผิดพลาดในการหมุนของขดลวด ความสามารถในการซึมผ่านของแม่เหล็กที่ไม่สอดคล้องกันของแผ่นเหล็กซิลิคอน และข้อบกพร่องอื่นๆ จะทำให้การบิดเบือนของสนามแม่เหล็กแย่ลง และเพิ่มความเข้มข้นของสัญญาณรบกวนแม่เหล็กไฟฟ้าทางอ้อม

แก่นแท้ของสัญญาณรบกวนแม่เหล็กไฟฟ้าในมอเตอร์การลดลงอยู่ที่การปรับฮาร์มอนิกให้เหมาะสม โดยที่ฮาร์โมนิคของสล็อตมีความสำคัญสูงสุด ฮาร์โมนิคประเภทอื่นๆ ค่อนข้างง่ายกว่าในการปรับให้เหมาะสมและมีผลกระทบเล็กน้อยต่อสัญญาณรบกวนแม่เหล็กไฟฟ้า ปัจจัยหลักที่ส่งผลต่อฮาร์โมนิคของสล็อต ได้แก่ การจับคู่ขั้ว- ความกว้างของช่องเปิด และความลึกของช่องเปิด ซึ่งจะต้องได้รับการประเมินอย่างครอบคลุมร่วมกับตัวบ่งชี้ประสิทธิภาพของมอเตอร์อื่นๆ ในระหว่างการออกแบบ