摘要:直流无刷电机属于同步电机，在使用过程中会产生一定的噪音，要根据噪音产生的原理，采取相关的措施进行抑制，减少噪音的产生，稳定电机的运行。
关键词：直流无刷电机；噪音原理；抑制方法
1 直流无刷电机工作原理及换相噪声的频率计算公式
1.1 直流无刷电机的基本结构
直流无刷电机利用电子开关线路和位里传感器来代替电刷和换相器，使这种电机既具有直流电机的特性，又具有交流电机结构简单、运行可靠、维护方便等优点。
直流电源通过开关线路向电机定子绕组供电，电机转子位置由位置传感器检测并提供信号去触发电子开关电路中的功率开关元件使之导通或截止，从而控制电机的转动，结构如图1所示。
1.2 直流无刷电机的工作原理
本文以LN65-ZL电机为例，说明电机的工作原理。该电机为8级12槽电机，在某一瞬间，定子和转子之间的位置关系如图2所示。取出该电机的一个单元电机(图2中1/4部分即定转子各一对极)进行简化分析，转子每转动一个角度，由位置传感器感应出转子的位置，控制电路对位置信号进行逻辑变换后产生控制信号，控制信号经驱动电路隔离放大后控制电子开关电路中的的功率开关元件，使电机的各相绕组按一定的顺序工作。
1.3 换相噪声的频率计算公式推导
图3表示电机的6个工作状态。其中，1和0表示三向绕组中电流的方向，1为正向，0为负向。三相绕组中从绕组的首端进、末端出为正，从绕组的末端进、首端出为负。
从图3可看出，直流无刷电机的一个单元电机(即电机的定子或转子中一对极)在一个周期内有6种工作状态，相邻两种工作状态的转换，对定子和转子都会产生转矩脉动，即换相转矩脉动。由于电机有4对极，相应的一个周期内，将有4x6=24种工作状态。综上所述，可推导直流无刷电机换相转矩脉动频率，简称换相频率为:
f=i×k×p×n/60(1)
其中，i—频率的阶数;产一一换相噪声频率，Hz;
k—电机定转子中每对极在一个周期内所对应的工作状态数;
P—电机极对数;
n—电机转速，rpm。
由于大部分电机是上述第6种状态，所以公式也可简化为
F=0.1×p×no (2)
当直流无刷电机的某一阶换相频率接近或等于电机系统中的任何一个部分的固有频率时，就会产生明显的振动和换相噪声，频率与换相频率f相同。
2 改变极弧系数降低齿槽转矩
对于小型电机来说，体积小，对生产成本要求很严，倘若分成过多的极数和槽数往往给生产带来不利影响，所以很多经济型的小型电机多采用6/4结构，不便采用9/8结构。在这种前提下要降低齿槽转矩，还可通过加大极弧角的方法达到目的。理论上讲，如果极弧系数为1，也就是极弧充满整个定子槽，这时的齿槽转矩会降到零，但是这样的电机无法嵌线。这个问题可以通过嵌线之后在相邻两个定子极之间增加导磁的软磁性槽楔来解决，这样能够大幅度降低齿槽转矩。
3 正弦波控制与驱动系统设计
正弦波控制电路采用的TOSHIBA电机专用硬件控制器TB6556FG，具有MCU无法比拟的抗干扰能力。TB6556FG包括3路独立比较器放大模块，用于位置检测的霍尔元件差分信号输入;6路带死区时间设定的PWM驱动单元模块，死区时间可设定为2．6μs或3．8μs，有效防止驱动IGBT上下桥臂短路，提高工作可靠性。TB6556FG芯片通过使用三个霍尔位置传感器，按方波方式起动，然后在芯片内部产生三相正弦波PWM电压信号，外部接功率驱动器，可实现无刷直流电机的正弦波驱动，使无刷直流电机运行在低振动、低噪声状态。此外，TB6556FG还具有自动超前角设置功能，可实现效率最优化。对不同功率 的电机只需选用相应的功率模块或IGBT、MOSFET管即可。该控制器在系统运行过程中作用明显，是调节电机性能的有效方案，能极大提高电机的负载范围。
正弦波驱动电路以TOSHIBA生产的TPD4144AK为核心，其包括一个三相逆变桥的6个IGBT、6个快恢复功率二极管、HVIC高压半桥驱动以及自举电路;具有过流保护、过热保护、驱动欠压保护、报警输出等功能。由于所用元器件数量比分立元件少很多，其可靠性得到了极大提高。驱动电路采用带IGBT驱动电路、自诊断及保护功能完善的IPM模块，使系统体积更小，运行更可靠、更智能化。
4 结束语
综上所述，在当前直流无刷电机使用过程中，要确定噪音产生的原因，根据产生的原因采取相关的措施，降低直流电机在运行过程中产生噪音，提高直流电机的使用效率。
参考文献
[1]张辉，肖忠弟.柜式空调室内机市电运行时低频电磁噪声分析[J].家电科技，2011.5:147-148.
论文作者:刘鹏
论文发表刊物:《基层建设》2017年第23期
论文发表时间:2017/11/9
标签：电机论文; 转矩论文; 转子论文; 绕组论文; 定子论文; 频率论文; 无刷电机论文; 《基层建设》2017年第23期论文;