小功率永磁直流電機的電磁干擾抑制研究

研究方向：

* EMI產生的根源

* 抑制電抗電勢的方法

解決方案：

* 削弱換向過程產生的電抗電勢

電磁兼容性反映了電子設備或系統在其電磁環境中符合要求運行并不對其環境的任何設備產生無法忍受的電磁干擾能力，它包含兩個方面的要求:一方面是指設備在正常運行過程中對所在環境產生的電磁干擾不能超過一定的限值即EMI(ElectromagneticInterference);另一方面是指設備對所在環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，即達到某一標準，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。各類標準事實上是等效的川。

1EMI產生的根源

對于由小型永磁直流電機驅動的各類產品，通常只有EMI的問題。EMI可分為傳導干擾和輻射干擾:傳導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)到另一個電網絡。

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動的各種工業產品中，EMI的來源主要包括:

L1電機的火花

火花使換向區域附近的空氣介質電離，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的導通和截止的工作特性會產生高頻諧波干擾;

1.3電機的磁路

過于飽和的磁路也會產生較大的電磁干擾。

在產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生的火花，由于其成因復雜，在實際應用中常常難以控制。

表面上，電機生產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，轉子的動平衡水平，此外，彈簧的壓力以及碳刷的材質都會對火花的大小產生極大的影響。

理論上，火花產生的根源是換向中產生的各種電動勢，包括電抗電勢及變壓器電勢，換向片上的片間電壓以及轉子上的電樞反應等。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生的電抗電勢。當然，前提是必須保證電機生產工藝及電機在產品中裝配的穩定性。這里僅限從理論上探究抑制電抗電勢的方法。

根據(1)，削弱電抗電勢的手段包括調整定轉子線圈匝數比或依靠增加換向片數來減少每線圈匝數以減小電感，或適當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。