电机控制器辐射敏感度快速评估方法与流程

1.本发明涉及电磁兼容技术领域，属于交流伺服系统电磁兼容设计技术领域。


背景技术：

2.工程上电机控制器的设计时凭工程经验进行，不考虑电磁兼容问题，等应用到实际工作环境中，其控制信号在干扰信号严重影响下，会使其无法正常工作，导致锁死、丢步、误动作等现象的发生。因为电机控制器是集强电和弱电，数字和模拟信号于一体的电能变换装置，控制信号均为弱电信号，包括模拟量信号(模拟速度电压给定)和数字量信号(正反转指令、启动停止指令、以及故障报警等信号)。只能在电子控制器后期解决相关问题，涉及电路原理、pcb设计、结构的变更，导致研发周期大大延长。因此在电机控制器设计中急需一套规范的电磁兼容设计体系和设计分析方法，即在设计过程中融入电磁兼容快速评估方法，针对产品可能出现的辐射敏感度问题进行充分考虑，并找到解决方案。其中，该辐射敏感度问题的干扰包括磁场和电场干扰，这些干扰均可通过天线耦合到线缆和机壳内部。不同的工作环境辐射干扰频率和场强不同，给辐射敏感度带来不确定性。


技术实现要素：

3.为有效解决电机控制器的辐射敏感度问题，本发明提供了一种电机控制器辐射敏感度快速评估方法。
4.为达到上述目的，本发明采用如下技术方案予以实现：
5.步骤1，电机控制器参数设置，包括：a.电机控制器的壳体类型；b.电机控制器的线缆类型；c.电机控制器的安装平台；
6.步骤2，电机控制器分布参数快速评估，包括如下子步骤：a.对场强和线缆的耦合性能进行快速评估；b.对线缆、印制板和壳体的对地分布电容进行快速评估；c.对敏感电路的寄生电感和分布电容进行快速评估；
7.步骤3，电机控制器辐射敏感度性能快速评估，包括以下子步骤：a.对干扰电流的可能流向进行快速评估；b.对电机控制器设计意图流向进行快速评估；c.干扰场强下对敏感电路的感应电压进行快速评估。
8.本技术方案的电机控制器参数完全涵盖对电机控制器传导敏感度性能有影响的相关因素，包括壳体金属或金属化处理分类、线缆屏蔽和阻抗分类、安装平台接地分类。所述分布参数快速评估公式计算较仿真模型计算耗时短，寄生电感较仿真计算结果多3db，分布电容较仿真计算结果少3db。所述干扰流向存在路径多，该评估方法通过上述参数可找出所有低阻抗路径。所述设计意图流向为电机控制器架构设计的低阻抗路径，即长宽比小于3的金属电搭接。所述干扰场强较试验更严酷，即在试验的干扰信号基础上增加6db的裕量。
9.本发明的有益效果为：本发明提出的电机控制器辐射敏感度快速评估方法，能够有效的解决电机控制器辐射敏感度问题，本发明的技术方案是基于快速评估方法，在干扰信号情况下，电机控制器辐射敏感度性能是否满足要求。
附图说明
10.图1是金属外壳电机控制器接地点a干扰电流流向图。
11.图2是金属外壳电机控制器接地点b干扰电流流向图。
12.图3是场强对敏感电路环路的影响图。
13.1、金属外壳；2、场强；3、源；4、负载；w1、信号线；w2、电源线；w3、互连排线；w4、动力线。
具体实施方式
14.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
15.本发明实施例提供一种电机控制器辐射敏感度快速评估方法，所述方法包括：
16.步骤1，对电机控制器的壳体类型进行分类，电机控制器的壳体分为金属壳体和非金属壳体，对金属壳体的涂镀处理以及缝隙孔洞和非金属壳体的涂镀处理进行详细分析评估，非金属壳体不同涂镀处理的壳体的屏蔽效能，孔洞直径超过3mm，缝隙深度和宽度低于5mm，就需要对壳体的屏蔽效能进行快速评估，屏蔽效能快速评估公式如下：
17.se＝100-20lgl-20lgf(1)
18.其中，l为孔洞长边或缝隙的宽度，f为频率。该公式较仿真结果严酷，用于评估计算，耗时短。
19.步骤2，对电机控制器的线缆类型进行分类，线缆分为电源线、动力线、控制线，对电源线、动力线、控制线的线径以及屏蔽情况进行详细分析评估其屏蔽效能以及特性阻抗。电源线动力线控制线的线径和相互距离对特性阻抗影响较大，其特性阻抗快速评估公式为：
20.z＝2πfl(2)
21.z＝1/2πfc(3)
22.其中，l为电缆的电感，c为电缆的电容，其中电源线l＝1nh/mm，c＝50pf/m,动力线l＝1.2nh/mm,c＝45pf/m,控制线l＝1.5nh/mm,c＝40pf/m。该参数较仿真结果严酷，用于评估计算，耗时短。
23.步骤3，对电机控制器的试验平台进行分类，试验平台分为金属接地平板和非金属接地平板，两种不同的试验平台影响电机控制器的对地分布参数评估。电机控制器放在金属接地平板上由于两者之间的绝缘距离较小，故对地分布电容较大，快速评估700pf；而电机控制器放在非金属接地平板上，电机控制器与大地的距离较远，故对地分布电容较小，快速评估1pf左右。该参数较仿真结果严酷，用于评估计算，耗时短。
24.步骤4，对场强和线缆的耦合性能进行快速评估，按照上述线缆分类利用其特性阻抗和屏蔽效能快速评估场强和线缆的耦合电性能，其中屏蔽电缆通过线缆屏蔽层参数对耦合性能进行快速评估，从而评估出耦合到芯线的电压电流参数。按照屏蔽电缆屏蔽效能快速评估公式为：
25.se＝60-20lgz(4)
26.其中，z为电缆屏蔽层的特性阻抗，这与屏蔽层的编织参数、频率和接地方式有关，z＝10ωmhz。非屏蔽线z则选取无穷大，该线缆无屏蔽作用。该公式较仿真结果严酷，用于评
估计算，耗时短。场强与线缆的耦合性能快速评估公式为：
27.v＝s*b(5)
28.v＝s*e*f/45(6)
29.其中，b为磁感应强度，s为回路面积，e电场强度，f电磁场频率。该公式较仿真结果严酷，用于评估计算，耗时短。
30.步骤5，对线缆、印制板和壳体的对地分布电容进行快速评估，按照上述试验平台的分类快速评估出电机控制器的线缆，印制板和机壳的对地分布电容。两种试验平台对地距离不一致，故线缆、印制板和机壳的对地分布电容相差几百倍，对地分布电容快速评估公式如下：
31.c＝25d/h(7)
32.c＝35d+9s/h(8)
33.其中d为电缆直径，h为离地高度，d为印制板或机壳对参考地对角线长度，s为对参考地表面积。
34.步骤6，对敏感电路的寄生电感和分布电容进行快速评估，对敏感电路走线的寄生电感和敏感电路主要器件的分布电容进行快速评估，电机控制器的敏感电路包括采样电路，过流保护电路和过压保护电路等。敏感电路走线寄生电感按照1nh/mm来快速评估，主要器件按照公式5来评估分布电容。该参数较仿真结果严酷，用于评估计算，耗时短。
35.步骤7，对干扰电流的流向是否遵循设计意图进行快速评估，通过上述分布参数的计算快速评估干扰电流的流向是否经过敏感电路，判断是否遵循设计意图进行流向。通过电缆、印制板机壳的分布参数评估算出相应频率的阻抗，是否能够形成比设计接地阻抗更低的回流路径。按照设计要求，金属之间的接地直流电阻为2.5mω，快速评估法假定高频接地阻抗不超过10mω。长宽比小于3的金属电搭接均视为低阻抗路径。
36.步骤8，对内部场强使敏感电路产生感应电压，通过辐射敏感度快速评估方法评估的分布参数计算场强在敏感电路形成的电压是否超过器件的敏感阈值，干扰场强较试验更严酷，增加6db的裕量来评估计算，耗时短。若超过其器件的敏感阈值，重新对敏感电路的环路面积进行设计，再通过快速评估方法进行评估，直至设计措施切实有效。