Characterization of DC motors impedances for EMI prediction purposes
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Abstract EN:
The prediction of conducted emissions is essential in determining the electromagnetic compatibility (EMC) of a device. DC motors are usually modeled as a source and its series impedance for electromagnetic interference (EMI) prediction purposes. In previous research only the impedance of the armature was included, while the effect of the rotating motor was neglected. In the presented work, the behavior of the low voltage DC motors impedance is studied over a large frequency range [0Hz-200MHz] as well as the impact of the dynamic mode on its behavior. The impedance measurements are performed using a small signal method based on conducted susceptibility measurement setups, the same method used in military standards (MIL-STD). Different test setups are implemented in accordance with the European standards (CISPR25). The measurements are performed on the motor’s armature, the DC motor under static mode, and on the DC motor under operating mode. These measurements provide satisfying results for the wideband impedance of the rotating DC motor and highlight the impact of the stator and suppression filters in the low frequency range. The results also highlight the role of the parasitic inductances and capacitances in the high frequency range. The results were compared with those found via other measurement techniques to prove their accuracy. Finally, the resulting impedances are modeled as a passive impedance network.
Abstract FR:
La prédiction des émissions conduites est essentielle dans la détermination de la compatibilité électromagnétique (CEM) d'un système. Afin de les prédire, les moteurs à courant continu sont habituellement modélisés sous la forme d’une source et une impédance série. Les recherches précédemment conduites sur le sujet, se sont principalement focalisées sur l’impédance de l’armature, tandis que l'effet de la rotation du moteur a été négligé. Les travaux présentés dans ce document, étudient l’impédance des moteurs à courant continu sur une large plage de fréquence [0 Hz - 200MHz] ainsi que l'impact de la rotation sur le comportement de cette dernière. Les impédances sont mesurées en utilisant une méthode, petits signaux, basée sur les standards militaires (MIL -STD) de mesures de susceptibilité conduites. Ces mesures sont opérées sur l'induit, le moteur en mode statique et le moteur en mode dynamique (rotation à vide). Afin de les réaliser, différents bancs de mesures ont été configurés en conformité avec les normes européennes (CISPR25). Les mesures donnent des résultats satisfaisants et mettent en évidence l'impact des filtres de suppression sur l’impédance en basses fréquences. Le rôle des inductances et des capacités parasites en haute fréquence est également souligné. Les résultats obtenus ont été comparés à ceux résultant d’autres techniques de mesure afin de prouver leur exactitude. Enfin, les impédances sont modélisées par un circuit passif.