南宫NG·28：直流电机EMI的分析与设计

发布时间：2024-11-19 丨 浏览次数：

在我们遇到的直流电机的电磁兼容问题上，一般来说是具备牵引气的直流电机（转子励磁调压电机等类同）在电机运营的过程中不会产生一定的电磁侵扰。由于在直流电动机或直流发电机在运营时，电枢绕组器件由某一支路转入另一支路时，电路中的电流及电动势都会改变方向，而绕组中电流方向的转变，都是由换向器和电刷所构成的机械装置来已完成。不当的牵引条件将使电刷产生电火花，由电火花放电引发的电磁侵扰，其频谱很长；其强度也不会随着火花放电的等级大小变化而变化。留意：直流电机在牵引时换向器与电刷间产生的火花是电磁侵扰产生的最直接原因！A.先对如下牵引电机的内部非常简单的结构分析：直流驱动电机直流驱动风机如图中：换向器与绕组碳刷接触面是电流变异的交变点。

由此产生传导光线和电磁辐射升空！直流电机在牵引过程中，电枢绕组器件中的电流在改变方向时，其中不存在电抗电动势和电枢反应电动势，它们的方向和电枢电流的方向完全一致，一直妨碍牵引元器件中的电流变化，使牵引过程延后，从而产生电磁性的火花！如图中：直流风机的内部结构也不存在换向器与绕组碳刷接触面产生电流火花点。由此产生传导光线和电磁辐射升空！如图中：一般电刷和换向器运营时的情况电刷的底面制成斜面，电刷开始运行时斜面的一条边与换向器的面认识，运营一段时间后这个边出了弧形底面变为圆柱面；这个圆柱面和换向器的圆柱面调教得十分好，电刷的火花和噪声都会较小！B.直流电机换向器其电磁场的产于有对称性换向器电磁火花可以分成以下几个等级1.1级没火花2.1级在电刷下有一小部分地方有黯淡点状火花；3.1级在大部分电刷下有黯淡火花；4.2级在全部电刷边缘上有相当大的火花，仅有在短时短路或短时冲击阻抗时，才容许经常出现这级火花；5.3级在全部电刷边缘上有相当大的火花，且火星向外溅。

仅有在无变阻器低速与电机翻转时才容许经常出现这级火花，但是不应确保换向器与电刷能长时间工作！C.直流电机的侵扰源的诱导一般来讲，电刷下的火花是牵引不当的展现出，火花多达一定的限度是不会影响电机长时间工作的，但也不用去拒绝没火花，如果是只有黯淡的火花，电机仍可如常工作。对长时间工作的电机，它的火花等级无法超过2级。从电机的电磁侵扰诱导角度来说，当电机电刷下的火花大于或等于2级时，我们应当再行从提高电机牵引角度来诱导电磁侵扰！在电机电刷下的火花大于1.5级时，我们才考虑到用于侵扰抑制器来诱导电机的电磁侵扰。这才是我下面要从电路机理来设计优化电机的电磁侵扰的设计！D.直流电机的EMI的设计通过如上的设计机理：在紧邻电机的电源输出末端使用侵扰抑制器，吸收式低通滤波器；为电机的侵扰源获取一个较低电阻通路同时在电源线上吸取和容许侵扰源通过电源线电缆对外的电磁辐射，由此超过EMI的设计优化目的！因此在电源输出线上串联滤波器是最必要的方法！直流电机的噪声源（侵扰源）：电机的牵引电流的变化噪声特性：内部机构-换向器-碳刷机构-电源引线-电磁场-定子-外壳（金属）-短路末端！升空路径：电机的连接线电缆，地连接线等等！如下引荐设计的诱导原理图如下：图中1,2为滤波器的输出末端；3,4末端为牵引电机连接端直流电机的典型EMI的设计优化电路结构如下：上述为标准化的直流电机的EMI设计电路，图中两线劣模间的电容用于X电容，引荐参数104-474；当偏重于诱导侵扰功率时可搭配104；偏重于诱导侵扰电压时可搭配474；对于图中的穿着芯电容器（三端电容）引荐1nF-10nF主要是侵扰功率的诱导；有些系统考虑到成本及相容设计可以用于Y电容的设计引荐设计值471-472；电路中的平稳电阻R可调整滤波器的Q值同时还是X电容的静电电阻；跟直流电机最近的电感L3,L4能有效地诱导电机换向器的电磁火花！留意L3,L4不应尽量相似碳刷末端相连；在小容量的电机中一般设计此电感L3=L4=60uH—200uH;L3,L4主要起补偿延后牵引起到，提升电机换向器件的电均衡性能，诱导换向器的电磁火花；1.在无接地线的可移动或手持式产品中，可将侵扰诱导滤波器的短路末端与直流电机的金属外壳相连；2.在一些有接地线的电机用于场合，接地线过长时高频短路效果有可能显得较为劣！必须留意电机的短路连接线问题；3.如果用于穿着芯电容短路外壳高频电阻不应尽量小，芯引向线尽量较短以增大电磁耦合；4.电路中的共模电感对EMI的起到也很显著，在用于时对于有所不同用途的电机其电感量与电机的容量有关其共模电感的漏感对侵扰功率都有协助；实际应用于中如果串激电机容量为500W左右时，共模电感可引荐1.8mH-5mH(1KHZ)同时其溢感觉Lr为其电感Lm的2%左右时有最佳的诱导效果！E．实际的直流风机的EMI的设计优化参照设计如下；如下的产品无法通过EMI测试通过我的基本的理论和设计优化方法通过测试杜佐兵电磁兼容（EMC）线上线下高级讲师杜佐兵老师在电子行业从业近20年，是国家电工委员会高级登记EMC工程师，武汉大学光电工程学院、光电子半导体激光技术专家。

目前专心于电子产品的电磁兼容设计、开关电源及LED背光驱动设计。

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