모터의 전자기 노이즈:정의, 특성 및 원인

모터의 전자기 소음모터 작동 중에 흔히 발생하는 문제입니다. 고정자와 회전자 사이의 공극에 교번 자기장이 발생하여 발생하는 전자기력파와 철심의 자기왜곡 효과에 의해 발생하며, 이로 인해 고정자 철심과 프레임의 진동이 유발되어 소음이 더욱 발생하게 됩니다. 전자기 소음은 기계적 소음, 공력 소음과 달리 복잡한 원인을 가지고 있으며 모터의 작동 성능을 저하시킵니다. 정의, 특성 및 근본 원인에 대한-심층적인 이해는 모터 성능 최적화 및 소음 감소를 위한 기본 전제 조건입니다. 구체적으로는 고정자-로터 에어 갭의 교번 자기장에 의해 발생하는 주기적인 전자기력 파동이 고정자 코어와 프레임의 강제 진동을 유발할 때 외부로 방사되는 공기 소음과 철심의 자기변형 효과에 의해 발생하는 진동 소음을 말합니다.

모터의 전자기 소음다음과 같은 일반적인 특성을 통해 기계적 소음 및 공기역학적 소음과 명확하게 구분할 수 있습니다.

모터의 전원이 꺼진 후에도 관성에 의해 로터가 계속 회전하지만 소음은 즉시 완전히 사라집니다. 이는 전자기 노이즈를 다른 유형의 노이즈와 구별하는 가장 간단한 방법입니다. 실제 테스트에서 정전 전 모터 속도는 전자기 노이즈가 의심되는 속도보다 높아야 합니다. 전원 차단 후 회전 속도가 급격히 떨어지기 때문에(특히 영구자석 모터의 경우) 전원 차단 후 작동 속도 범위가 전자기 노이즈가 나타나는 속도 대역을 포함하도록 하려면 상대적으로 높은 차단 속도가 필요합니다.{3}}

저주파-전자기 소음은 일반적으로 저-자기장 고조파로 인해 발생하는 둔한 공명 윙윙거리는 소리로 나타납니다. 고주파-주파수 전자기 잡음은 날카로운 휘파람 소리 또는 삐걱거리는 잡음으로 나타나며, 이는 주로 PWM 변조 고조파, 슬롯 고조파 및 고-차 자기 고조파에서 발생합니다.

공진은 전자기력파의 여기 주파수가 고정자 코어 및 프레임의 고유 진동 주파수와 일치하거나 근접할 때 발생하며, 이로 인해 소음 수준이 기하급수적으로 증가하고 거친 비정상적인 소음이 발생합니다.

전자기 노이즈의 형성 메커니즘은 에어-공극 자기장 왜곡 → 교번 전자기력파 → 강제 구조 진동 → 소음 방사의 연쇄를 따르며, 에어-자기장 왜곡이 핵심 원인입니다.

1. 공기-간격 자기장 왜곡으로 인한 방사형 전자기력 변동

고정자와 회전자 사이의 공극은 모터 내부의 자기장 전달을 위한 핵심 매체입니다. 이상적인 조건에서 에어- 자기장은 주기적인 변동 없이 균일하게 분포되고 대칭적인 전자기력을 갖는 표준 사인파를 따르므로 진동이나 소음이 발생하지 않습니다. 그러나 실제 엔지니어링 응용 분야에서는 극-슬롯 일치, 고정자-회전자 편심, 비대칭 자기 회로 및 불균형 위상 전류와 같은 다양한 설계 및 제조 편차로 인해 자기장이 왜곡되고 수많은 고조파 자기장이 생성됩니다. 기본 자기장에 중첩될 때 이러한 고조파 장은 서로 다른 차수와 주파수의 방사형 전자기력 파동을 생성합니다. 고정자 톱니와 철심에 주기적인 교번 하중으로 작용하는 방사형 힘은 고정자 구조를 지속적으로 늘리고 압착하여 고주파-고주파 고정자 진동을 유도합니다. 진동 에너지는 모터 프레임으로 전달되어 주변 공기를 뒤흔들고 결국 전자기 소음을 형성합니다. 이 주요 메커니즘은 전체 전자기 잡음 에너지의 80% 이상을 차지합니다.

2. 슬롯 효과로 인한 슬롯 고조파 여기

고정자와 회전자에 가공된 슬롯은 공극에서 자기 회로의 균일성을 깨뜨리고 슬롯 고조파 자기장을 유발합니다. 고정자와 회전자 슬롯 개구부는 에어-갭 자속 밀도의 주기적인 변동으로 이어지며, 고정된 차수와 안정적인 진폭을 갖는 슬롯 고조파 전자기력을 생성합니다. 이러한 조화력은 고정된 주파수와 강력한 여기 용량을 특징으로 하며, 이는 중소형 영구 자석 모터 및 유도 모터에서 고주파-주파수 전자기 휘파람의 주요 원인을 구성합니다. 특히 고정자와 회전자의 슬롯 번호가 부당하게 일치하는 경우 슬롯 조화력의 진폭이 급격히 증가하여 고정자 구조와 쉽게 공명하고 소음 결함을 악화시킵니다. 따라서 고정자-회전자 슬롯 일치는 모터 설계에서 중요한 매개변수입니다. 이후 단계에서는 수정이 매우 어렵기 때문에 초기 설계 단계에서 확인해야 합니다.

3. 제어 고조파에 의한 자기변형 효과 및 간섭

한편, 모터 철심의 규소강판은 자기변형 효과로 알려진 교번 자기장 하에서 주기적인 작은 팽창 및 수축 변형을 겪습니다. 이러한 고주파-마이크로-변형은 철심의 전체 진동을 유발하고 저주파 전자기 허밍을 생성합니다. 이는 특히 대형-크기의 철심이 있는 고전력 모터에서 두드러집니다. 반면, 가변-주파수 조정 가능-속도 모터는 PWM 변조를 채택한 주파수 변환기에 의해 구동됩니다. 구형파-펄스 변조는 풍부한 고주파 전압 및 전류 고조파를 도입하여 공극 자기장을 더욱 왜곡하고-고주파 전자기력 파동을 생성하며 가변{14}}주파수 모터의 고유한 고주파 휘파람 소음을 발생시키는-고조파를 발생시킵니다. 또한, 공극- 편심, 권선 비대칭, 권선 회전 오류, 규소 강판의 투자율 불일치 및 기타 결함은 자기장 왜곡을 악화시키고 간접적으로 전자기 노이즈를 증가시킵니다.

본질모터의 전자기 소음감소는 고조파 최적화에 있으며, 그 중 슬롯 고조파가 최우선 순위입니다. 다른 유형의 고조파는 상대적으로 최적화하기가 쉽고 전자기 노이즈에 약간의 영향을 미칩니다. 슬롯 고조파에 영향을 미치는 주요 요소로는 폴-슬롯 매칭, 슬롯 개방 폭 및 슬롯 개방 깊이가 있으며, 이는 설계 시 다른 모터 성능 지표와 함께 종합적으로 평가되어야 합니다.