小功率永磁直流電機的電磁干擾抑制研究

研究方向：

* EMI產(chǎn)生的根源

* 抑制電抗電勢的方法

解決方案：

* 削弱換向過程產(chǎn)生的電抗電勢

電磁兼容性反映了電子設(shè)備或系統(tǒng)在其電磁環(huán)境中符合要求運行并不對其環(huán)境的任何設(shè)備產(chǎn)生無法忍受的電磁干擾能力，它包含兩個方面的要求:一方面是指設(shè)備在正常運行過程中對所在環(huán)境產(chǎn)生的電磁干擾不能超過一定的限值即EMI(ElectromagneticInterference);另一方面是指設(shè)備對所在環(huán)境中存在的電磁干擾具有一定程度的抗擾度，即電磁敏感性EMS(ElectromagneticSusceptibility),商用電氣產(chǎn)品為取得某一市場的銷售資格，其EMI水平必須通過強制性認證，即達到某一標(biāo)準(zhǔn)，如國際無線電干擾特別委員會的IECCISPRI4-1，歐洲的 EN55014-1，或中國的GB4343.1等等。各類標(biāo)準(zhǔn)事實上是等效的川。

1EMI產(chǎn)生的根源

對于由小型永磁直流電機驅(qū)動的各類產(chǎn)品，通常只有EMI的問題。EMI可分為傳導(dǎo)干擾和輻射干擾:傳導(dǎo)干擾是指干擾能量沿著電纜以干擾電壓的形式傳播;輻射干擾是指干擾能量以電磁波的形式通過空間將其信號藕合(干擾)到另一個電網(wǎng)絡(luò)。

為限制永磁電機的EMI，必須搞清干擾源才能有效對電磁干擾加以抑制。在由永磁直流電機驅(qū)動的各種工業(yè)產(chǎn)品中，EMI的來源主要包括:

L1電機的火花

火花使換向區(qū)域附近的空氣介質(zhì)電離，在空氣中形成帶電粒子，形成電磁干擾;

L2非線性器件

可控硅、整流二極管以及晶體管開關(guān)的導(dǎo)通和截止的工作特性會產(chǎn)生高頻諧波干擾;

1.3電機的磁路

過于飽和的磁路也會產(chǎn)生較大的電磁干擾。

在產(chǎn)品中加裝濾波器以及采用各種屏蔽手段可以有效地抑制EMI，但從根源上消除干擾源的干擾同樣重要。在上述各干擾源中，直流電機在換向過程中產(chǎn)生的火花，由于其成因復(fù)雜，在實際應(yīng)用中常常難以控制。

表面上，電機生產(chǎn)過程中的各種不良工藝都會加劇運行中的火花，必須加以控制，如換向器表面的精車水平包括圓度、跳動、光潔度，轉(zhuǎn)子的動平衡水平，此外，彈簧的壓力以及碳刷的材質(zhì)都會對火花的大小產(chǎn)生極大的影響。

理論上，火花產(chǎn)生的根源是換向中產(chǎn)生的各種電動勢，包括電抗電勢及變壓器電勢，換向片上的片間電壓以及轉(zhuǎn)子上的電樞反應(yīng)等。這其中，電抗電勢是最主要的。

換向時，電樞電流在極短的時間內(nèi)變換方向，線圈電流的換向過程由圖1簡示。

圖1 實測換向電流

由上述分析可知，抑制永磁直流電機EMI的根本在于有效地削弱換向過程產(chǎn)生的電抗電勢。當(dāng)然，前提是必須保證電機生產(chǎn)工藝及電機在產(chǎn)品中裝配的穩(wěn)定性。這里僅限從理論上探究抑制電抗電勢的方法。

根據(jù)(1)，削弱電抗電勢的手段包括調(diào)整定轉(zhuǎn)子線圈匝數(shù)比或依靠增加換向片數(shù)來減少每線圈匝數(shù)以減小電感，或適當(dāng)加大碳刷寬度以增加換向周期，另外，增大碳刷的電阻率亦可減小電抗電勢對換向的阻礙。