從電容、濾波器、電感等角度解決電機(jī)的電磁兼容問題

馬達(dá)，特別是帶電刷的馬達(dá)，會(huì)產(chǎn)生大量的噪聲。電器要滿足電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)的要求，必須對這些噪聲進(jìn)行處理。解決電磁兼容的手段無非是電容、電感(扼流圈)、電源濾波器和接地。

不幸的是，電磁兼容問題通常是在產(chǎn)品已徹底完成設(shè)計(jì)并組裝完畢時(shí)發(fā)現(xiàn)。這時(shí)考慮 電磁兼容是十分困難的。制造商不僅面臨著時(shí)間上的緊迫而且項(xiàng)目預(yù)算已經(jīng)用完，責(zé)任工程師已經(jīng)調(diào)到其它項(xiàng)目上，不能隨時(shí)解決有關(guān)的問題。

解決這些問題的最好時(shí)機(jī)是在產(chǎn)品的設(shè)計(jì)階段，而不是產(chǎn)品開發(fā)周期最終階段。許多試驗(yàn)是可以在產(chǎn)品裝入最終機(jī)殼之前進(jìn)行的。

電容

電容通過向噪聲源的公共端提供一條阻抗很低的通路來將電壓尖峰旁路掉。尖峰電壓主要是由馬達(dá)電刷產(chǎn)生的。電容可以接在馬達(dá)的每根引線與地之間，也可以接在 兩根引線之間。如果尖峰噪聲是共模的，則跨接在引線之間的電容幾乎沒有什么效果。但是這種由電刷產(chǎn)生的隨機(jī)噪聲通常是差模的。

盡管這樣，在電刷與地之間接 入電容會(huì)有很大效果。電容安裝什么位置或怎樣連接主要取決于所面臨的噪聲的種類。電壓尖峰是由電刷與換向片觸點(diǎn)的斷開產(chǎn)生的。尖峰的幅度可以通過將電刷材 料換成較軟的材料或增加電刷對換 向片的壓力來減小。但是這會(huì)縮短電刷的壽命周期和其它一些問題。

要使電容具有較好的濾波效果，它與噪聲源的公共地之間的聯(lián)線要盡量短。自由空間中的導(dǎo)線的電感約為每英寸1nH。如果電刷產(chǎn)生的噪聲頻率為50～100MHz，與電容連接的導(dǎo)線的長度為4～6英寸，那么即使不考慮電容的阻抗，僅導(dǎo)線電感的阻抗也已經(jīng)有：

XL = 2πf L = 3.77

總阻抗還需要加上電容(0.1μF)的阻抗，XC = 1/2 π f C = 0.159 Ω。

從結(jié)果可以看出，單看電容的阻抗，這是一個(gè)非常好的旁路型濾波器。但是由于引線電感的影響，已經(jīng)根本不起濾波器的作用了。如果將導(dǎo)線的長度縮短為1 英寸，則電感的阻抗僅為0.628Ω，這時(shí)濾波電容的效果提高了20%。

用馬達(dá)外殼做接地端時(shí)，殼體上的漆必須去掉，以便導(dǎo)線能夠良好的與地接觸。依靠連接螺釘?shù)?、5個(gè)螺紋來連接不是一個(gè)好辦法。即使產(chǎn)品的外殼是金屬的，將濾波器件直接安裝在噪聲源上，而不是靠近噪聲源或外殼的某個(gè)位置，是一個(gè)聰明的選擇。這消除額外的引線長度，使噪聲回到噪聲源的阻抗最小，具有最佳的濾波效果。

電源線濾波器

在許多產(chǎn)品中，電源線濾波器都必要的。電源線濾波器安裝正確時(shí)，是一種簡捷的解決干擾的方法。電源線濾波器保證了電網(wǎng)免受產(chǎn)品內(nèi)部噪聲的污染。但是，與其它濾波器件一樣，使用電源線濾波器的關(guān)鍵點(diǎn)也是保證連接到噪聲源公共端的導(dǎo)線盡量短。

電源線濾波器中有可以濾除差模和共模噪聲的電感和電容。這種濾波器是 濾除電源線干擾的簡單而又經(jīng)濟(jì)的方法。電源線濾波器要安裝在電源線入口處。在有些產(chǎn)品中，濾波器安裝在產(chǎn)品的中部，這會(huì)使產(chǎn)品內(nèi)部產(chǎn)生的輻射干擾耦合到電 源輸入端，使濾波器完全失效。記住以下三點(diǎn)，你的產(chǎn)品就有更大的可能符合電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)：

1) 使用電源線濾波器;

2)良好的系統(tǒng)地線;

3)濾波器的衰減頻率低到150kHz;

很難從濾波器產(chǎn)品樣本上選擇到合適的電源線濾波器。工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定在50Ω輸入/輸出條件下測量濾波器的特性。在現(xiàn)實(shí)中，沒有一個(gè)恰好為50Ω的環(huán)境。進(jìn)行 傳導(dǎo)發(fā)射測試時(shí)，在電源線的輸入端要接入線路阻抗穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò)(LISN)。這為所有的測試機(jī)構(gòu)提供了一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的試驗(yàn)方法。

LISN的作用主要是為濾波器的輸 入端在測試頻率范圍內(nèi)提供穩(wěn)定的50Ω阻抗。濾波器輸出端的阻抗由家用電器產(chǎn)品本身決定，這絕不會(huì)恰好為50Ω。如果恰好為50Ω，你就可以利用濾波器樣 本上的數(shù)據(jù)來確定哪個(gè)濾波器的性能更好。在實(shí)際中，通常要通過試驗(yàn)來確定一只最合適的濾波器。

作為一個(gè)原則，當(dāng)實(shí)際阻抗條件不清楚時(shí)，可以將濾波器樣本中 給出的數(shù)據(jù)減小20dB使用，以保證在實(shí)際產(chǎn)品中的效果。兩線電器上，濾波器的性能不如在三線電器上好。濾波器有兩種濾波機(jī)理，這就是串聯(lián)和旁路。在兩線 系統(tǒng)中，只有串聯(lián)濾波(電感)和線-線間濾波電容起作用，線-地電容不起作用。

電感器件

減小噪聲的另一個(gè)方法是在電刷上直接放置一個(gè)電感器件。電感的作用是防止當(dāng)電刷通過換向片間隙時(shí)流進(jìn)電刷電流的突然變化。電感的電感量大約為 10～25μH。串聯(lián)在電路中的扼流圈可以和到地的旁路電容組合起來構(gòu)成一個(gè)低通濾波器，這可以增強(qiáng)單個(gè)電感或電容的濾波效果。這對抑制傳導(dǎo)噪聲很有好處。

單個(gè)電容和LC 濾波器之間的差別是很大的。 LC 濾波器比單個(gè)電容具有更寬的濾波帶寬，因此對電刷產(chǎn)生的寬帶噪聲具有更大的效果。以上介紹的濾波技術(shù)能夠消除傳導(dǎo)干擾，但是尖峰產(chǎn)生的輻射干擾也是需要抑 制的。這可以通過屏蔽來實(shí)現(xiàn)。

接地

接地也是很重要的一個(gè)方法。 濾波器如果不接好地，就達(dá)不到設(shè)計(jì)的性能。對于旁路電容，如果接地阻抗過大，就起不到良好的旁路作用。這里的阻抗過大是指阻抗超過數(shù)mΩ。地線是消除噪聲 的路徑。

如果使用了性能良好的濾波器件，但是沒有提供良好接地路徑，器件的濾波效果將大打折扣。在非金屬機(jī)箱中，沒有將所有器件連接起來的接地板，這時(shí)濾 波是十分困難的。要獲得一個(gè)良好的地線，可以將產(chǎn)生噪聲的器件限制在一塊公共地線板上。

設(shè)計(jì)人員要注意，導(dǎo)線束的狀態(tài)必須與最終產(chǎn)品中的導(dǎo)線束狀態(tài)很接近。對地線的處理 十分重要。如果沒有良好的地線，濾波器和其它電磁兼容器件都不能有效地工作。

另外，建議對實(shí)際電路做一個(gè)簡單的分析，包括馬達(dá)繞組，以便了解個(gè)別濾波器件是怎樣影響噪聲的。這并不需要復(fù)雜的計(jì)算機(jī)輔助分析，只要了解阻抗與濾波器件之間的簡單關(guān)系就可以了。

由于馬達(dá)產(chǎn)生的噪聲在幅度和頻率上有很大的隨機(jī)性，因此要使產(chǎn)品的干 擾發(fā)射與規(guī)定的極限值之間有較大的富裕量。還有，即使使用同一種器件，器件之間的差異性要比想象的大得多。