调速电机AM辐射噪声研究

魏亚男 张萍 邹爱华

摘 要：本文针对调速电机AM频段辐射超标问题搭建电机系统的等效模型，借助仿真工具研究电机各参数对RE的影响；分析了该电机驱动信号的频谱分量，定位噪声根源为PWM驱动信号，通过仿真计算得到最终优化方案，对PWM驱动电机系统的EMC设计有指导意义。

关键词：电机；辐射噪声；电磁兼容；仿真

为实现电机调速功能，许多产品采用PWM驱动的设计[1-2]，如整车座椅设计中实现座椅调节的调速功能，座椅模块通过调节输出PWM占空比，实现调速。这种系统方案在進行辐射骚扰测试时大多会出现AM频段超标现象，反映在整车上会在收音机AM电台上出现明显噪声。本文以此为背景，研究噪声来源与影响因素，以解决该设计方案AM频段噪声超标问题。

1 背景

某款车型调速电机进行系统级电磁兼容测试时出现AM频段辐射超标的现象，辐射干扰测试结果如图1所示，且整车级EMC测试时电机系统干扰收音机AM电台，产生明显的噪声。

2 问题分析

为研究该测试结果的影响因素，本文通过搭建电机系统等效模型，研究电机参数以及控制信号对RE的影响。

2.1 电机参数影响

由图4电机内部参数对AM噪声影响可知，调整电机内部器件参数：X电容（图4.1）、Y电容（图4.2）以及串联电感（图4.3）对AM噪声超标无明显改善，故仅通过调整电机元器件参数无法达到降低AM噪声的目的。

2.2 PWM控制信号参数影响

由式（1）傅里叶变换公式[3]，将时域信号转换为频域信号，该PWM控制信号的频谱分布如图5所示。

该PWM信号在AM频段的频谱分量最高达160 mV，改变PWM边沿斜率，即增加上升下降沿时间，可明显改善AM频段辐射噪声，如图6 PWM边沿速率影响所示。图7为不同边沿速率PWM信号的频谱对比，由图可知，边沿越陡峭，AM频段频谱分量的幅值越大，即所包含能量越高，从而产生的辐射干扰越大。此外，降低电流也对AM噪声有明显改善，但考虑电机功率，该改进方案不可取。

由以上分析可知，该调速电机AM辐射噪声根源为PWM信号边沿所包含的频谱分量，且调整电机参数对噪声结果无明显改善。因此，最终优化方案为延缓PWM边沿至25 μs。

3 结束语

本文通过仿真分析，定位PWM信号为调速电机系统产生AM噪声的根源。由仿真计算结果得出：改变电机元器件参数对噪声结果无明显改善；减缓PWM上升下降沿，即降低AM频段的频谱分量可明显降低AM噪声，最终通过调整PWM边沿至25 μs解决了AM辐射超标的问题。

因此，在电机驱动电路设计中，应关注PWM信号参数，前期结合仿真计算，从源头上避免噪声超标的现象。

参考文献：

[1]王苏.直流电机PWM调速研究及单片机控制实现[J].机电工程技术，2008，37（11）：82-84.

[2]庹朝永.基于单片机的直流电机PWM调速系统设计与开发[J].煤炭技术，2011，30（6）：62-63.

[3]李庚银，宁宇.快速傅里叶变换的两种改进算法[J].电力系统自动化，1997，21（12）：37-40.

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