調速電機AM輻射噪聲研究

魏亞男 張萍 鄒愛華

摘 要：本文針對調速電機AM頻段輻射超標問題搭建電機系統的等效模型，借助仿真工具研究電機各參數對RE的影響；分析了該電機驅動信號的頻譜分量，定位噪聲根源為PWM驅動信號，通過仿真計算得到最終優化方案，對PWM驅動電機系統的EMC設計有指導意義。

關鍵詞：電機；輻射噪聲；電磁兼容；仿真

為實現電機調速功能，許多產品采用PWM驅動的設計[1-2]，如整車座椅設計中實現座椅調節的調速功能，座椅模塊通過調節輸出PWM占空比，實現調速。這種系統方案在進行輻射騷擾測試時大多會出現AM頻段超標現象，反映在整車上會在收音機AM電臺上出現明顯噪聲。本文以此為背景，研究噪聲來源與影響因素，以解決該設計方案AM頻段噪聲超標問題。

1 背景

某款車型調速電機進行系統級電磁兼容測試時出現AM頻段輻射超標的現象，輻射干擾測試結果如圖1所示，且整車級EMC測試時電機系統干擾收音機AM電臺，產生明顯的噪聲。

2 問題分析

為研究該測試結果的影響因素，本文通過搭建電機系統等效模型，研究電機參數以及控制信號對RE的影響。

2.1 電機參數影響

由圖4電機內部參數對AM噪聲影響可知，調整電機內部器件參數：X電容（圖4.1）、Y電容（圖4.2）以及串聯電感（圖4.3）對AM噪聲超標無明顯改善，故僅通過調整電機元器件參數無法達到降低AM噪聲的目的。

2.2 PWM控制信號參數影響

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

該PWM信號在AM頻段的頻譜分量最高達160 mV，改變PWM邊沿斜率，即增加上升下降沿時間，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，但考慮電機功率，該改進方案不可取。

由以上分析可知，該調速電機AM輻射噪聲根源為PWM信號邊沿所包含的頻譜分量，且調整電機參數對噪聲結果無明顯改善。因此，最終優化方案為延緩PWM邊沿至25 μs。

3 結束語

本文通過仿真分析，定位PWM信號為調速電機系統產生AM噪聲的根源。由仿真計算結果得出：改變電機元器件參數對噪聲結果無明顯改善；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，最終通過調整PWM邊沿至25 μs解決了AM輻射超標的問題。

因此，在電機驅動電路設計中，應關注PWM信號參數，前期結合仿真計算，從源頭上避免噪聲超標的現象。

參考文獻：

[1]王蘇.直流電機PWM調速研究及單片機控制實現[J].機電工程技術，2008，37（11）：82-84.

[2]庹朝永.基于單片機的直流電機PWM調速系統設計與開發[J].煤炭技術，2011，30（6）：62-63.

[3]李庚銀，寧宇.快速傅里葉變換的兩種改進算法[J].電力系統自動化，1997，21（12）：37-40.

3797501908209