小功率永磁直流电机的电磁干扰抑制研究

研究方向：

* EMI产生的根源

* 抑制电抗电势的方法

解决方案：

* 削弱换向过程产生的电抗电势

电磁兼容性反映了电子设备或系统在其电磁环境中符合要求运行并不对其环境的任何设备产生无法忍受的电磁干扰能力，它包含两个方面的要求:一方面是指设备在正常运行过程中对所在环境产生的电磁干扰不能超过一定的限值即EMI(ElectromagneticInterference);另一方面是指设备对所在环境中存在的电磁干扰具有一定程度的抗扰度，即电磁敏感性EMS(ElectromagneticSusceptibility),商用电气产品为取得某一市场的销售资格，其EMI水平必须通过强制性认证，即达到某一标准，如国际无线电干扰特别委员会的IECCISPRI4-1，欧洲的 EN55014-1，或中国的GB4343.1等等。各类标准事实上是等效的川。

1EMI产生的根源

对于由小型永磁直流电机驱动的各类产品，通常只有EMI的问题。EMI可分为传导干扰和辐射干扰:传导干扰是指干扰能量沿着电缆以干扰电压的形式传播;辐射干扰是指干扰能量以电磁波的形式通过空间将其信号藕合(干扰)到另一个电网络。

为限制永磁电机的EMI，必须搞清干扰源才能有效对电磁干扰加以抑制。在由永磁直流电机驱动的各种工业产品中，EMI的来源主要包括:

L1电机的火花

火花使换向区域附近的空气介质电离，在空气中形成带电粒子，形成电磁干扰;

L2非线性器件

可控硅、整流二极管以及晶体管开关的导通和截止的工作特性会产生高频谐波干扰;

1.3电机的磁路

过于饱和的磁路也会产生较大的电磁干扰。

在产品中加装滤波器以及采用各种屏蔽手段可以有效地抑制EMI，但从根源上消除干扰源的干扰同样重要。在上述各干扰源中，直流电机在换向过程中产生的火花，由于其成因复杂，在实际应用中常常难以控制。

表面上，电机生产过程中的各种不良工艺都会加剧运行中的火花，必须加以控制，如换向器表面的精车水平包括圆度、跳动、光洁度，转子的动平衡水平，此外，弹簧的压力以及碳刷的材质都会对火花的大小产生极大的影响。

理论上，火花产生的根源是换向中产生的各种电动势，包括电抗电势及变压器电势，换向片上的片间电压以及转子上的电枢反应等。这其中，电抗电势是最主要的。

换向时，电枢电流在极短的时间内变换方向，线圈电流的换向过程由图1简示。

图1 实测换向电流

由上述分析可知，抑制永磁直流电机EMI的根本在于有效地削弱换向过程产生的电抗电势。当然，前提是必须保证电机生产工艺及电机在产品中装配的稳定性。这里仅限从理论上探究抑制电抗电势的方法。

根据(1)，削弱电抗电势的手段包括调整定转子线圈匝数比或依靠增加换向片数来减少每线圈匝数以减小电感，或适当加大碳刷宽度以增加换向周期，另外，增大碳刷的电阻率亦可减小电抗电势对换向的阻碍。