機電設備中電動機電磁干擾現象抑制

姜北樵 祝瑩瑩

摘 要 電動機產生電磁波，特別是輻射、傳導的電磁波影響各種電子、電氣設備的正常工作，不僅使家用電器受到干擾，產生電磁噪聲，同時還使工業用、辦公用以及軍事的通信設備、自動控制及計算機系統遭受電磁干擾的影響。為了保證電子、電氣系統中電動機的正常工作，分析了產生電磁干擾的原因及抑制措施，它對電動機電磁干擾設計有一定參考意義。

關鍵詞 電動機 電磁干擾 抑制

中圖分類號：TM343 文獻標識碼：A

1產生電磁干擾的原因

（1）繞組中突變磁場產生干擾或老化如果通過電動機線圈繞組的電流通路切斷，則線圈中的磁場突然消失，線圈上會產生上百伏，甚至上千伏的瞬變過電壓。這種電壓對系統中其他電子裝置產生巨大電能沖擊，最終導致設備、系統的基本失控和邏輯判斷出錯，甚至擊穿或燒毀系統中的其他機電元件。瞬變過電壓與負載的大小以及線路的阻抗有關。

（2）換向器與電刷間的火花放電。對電刷式電動機而言，電刷和換向片之間產生火花放電，同時引起頻譜極寬的噪聲（從中波到甚高頻波段內是連續分布的），它對無線廣播、電視及各種電子設備在很大范圍內造成干擾。

（3）其他。諸多電子產品中的電動機均采用橋式整流和電容濾波電路整流后的直流電源。因為其中整流二極管的導通角很小，只有在輸入交流電壓峰值附近才有高峰值的輸入電流通過。這種畸變的電流波形基本很低，但高次諧波卻非常豐富，脈沖寬度約為5 ms（1/4T）。這種高峰值的電流脈沖不僅對供電電網造成嚴重污染，還對其他各種用電設備產生干擾。

2電路設計時電磁干擾的產生及抑制措施

在電磁電路中的電磁兼容性很大范圍是由線路貯藏和互相連接的成分決定的：從天線返回的信號能放射出電磁能量。其最主要是由于電流幅值、頻率和電流線圈的幾何面積決定的。通常，有3個主要的電磁干擾來源：電源、高頻信號、振蕩器電路。下面分別分析產生原因及其防范措施。

首先，當1個CMOS反向換流器在改變輸出狀態時，兩個晶閘管會有一段很短的時間同時導通。這會使電流增長很快，導致在電源線路上出現電流尖峰，引起一段或長或短的電源線路的短路。這被證實是產生電磁干擾的一個重要原因。

減弱電源電壓的波動，使其接近1個100 nF旁路電容器，是十分有效的。然而由于電路的寄生成分，例如集成和電源線路的阻抗，旁路電容器不能有效減少電流峰值的，因此也不能減少輻射干擾。為了抑制這些電流尖峰（至少在電源線路上），使其不擴展到其他部位，在極間耦合電容器和電源線路之間增加1個感應線圈，以方便干擾被抑制。

其次在數字系統中，最高的連續頻率通常是由時鐘發生器產生的，在C24xDSP的內部振蕩器中使用1個晶體，這有助于減少高頻電流，同時被電流通路圍住的面積會減少電磁干擾。由于晶體在共振頻率上的幾百k 的高阻抗，電流在引起晶體共振的頻率是很小的。然而CMOS反向換流器的輸出電壓是一個包含諧波的方波信號，所以晶體不再表示為1個高阻抗，這會引起很大的電流。解決辦法是加上一個串聯電阻，使這些電流成分減少。

電磁干擾抑制

雖然電磁干擾現象普遍存在，但是電磁干擾卻不能完全消除，只能通過措施盡量減少降低電動機對設備、系統工作造成的電磁干擾可采用以下措施。

（1）阻尼。阻尼可有效地降低和減少瞬變過電壓對系統回路中浪涌電壓對電動機的干擾。一般可采用阻尼導線的方式，如導電性橡膠線、浸碳纖維線、變距電阻繞線、磁性體繞線、雙電阻絲繞線和層蔽導線等。用以上幾種導線作為電動機的電源引出線。此外，阻尼導線還可減少和抑制電刷與換向器之間的火花放電干擾。

（2）濾波。電動機電刷產生的噪聲既有共模和差模兩種，解決方法有電容、電感及接地等。對于共模噪聲降低，可將電容器接在電動機的每根引線和地之間，對于差模噪聲大都是由電刷與換向器觸點斷開產生。

（3）接地。接地抑制噪聲的操作方式很重要。如果接地阻抗過大，則起不到良好的噪聲旁路作用。如果電動機外殼做接地端子，則外殼上的油漆必須去掉，以便使導線良好地與地接觸，不能單靠連接螺釘的4～5牙螺紋來連接。

（4）屏蔽。用屏蔽的方式抑制輻射噪聲是很有效的。電動機金屬外殼就正好起著屏蔽的作用。其屏蔽效果與材料的性能、輻射頻率、屏蔽殼體上存在的各種不連續的形狀和數量有關，如因為銅、鉛對電磁場波具有極大的反射損耗，適宜于作為電動機電刷與換向器之間的火花干擾屏蔽體。鐵和特種高導磁率的鐵鎳鈷合金等導磁性材料，因其對磁場波具有很大的吸引損耗，因此可用作電動機繞組（或永磁極）的屏蔽殼體。

由于存在導線進出孔，電動機轉軸孔，電動機外殼電磁屏蔽具有不連續性，可在窗孔上用導電橡膠或金屬襯墊，電源引出線應通過屏蔽罩殼上的穿心電容與電動機連接，以消除通過窗孔的電磁干擾。

（5）其他措施。干擾抑制也可以從電動機本身如設計、加工工藝等入手。因為某些部分的接觸不良，電刷的不干凈都會產生數倍于正常運轉時的干擾情況。為了抑制干擾，要保持接觸部分的接觸可靠，開合動作正常，觸頭的壓力要保持均勻；要保持電刷和換向器的干凈，保證電刷本身的質量也就是降低表面粗糙度；換向器選用硬態純銅、鋯銅或銀鎳銅，與之匹配的電刷選用純石墨、銅石墨或銀石墨材質；換向器表面與轉子必須進行同軸磨削，電刷應預先加工；裝配時為使刷架中心與電動機轉子軸中心線垂直相交，調整電刷彈簧的壓力均勻對稱；設計時，在電路中接入瞬態抑制器件如硅二極管，以防止電感效應產生的電壓波涌尖鋒；電樞安裝軸中心對稱，以避免氣隙不均勻，繞組不對稱；要使機座的固定可靠，避免機械運轉時引起電動機的運轉不穩。

參考文獻

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