电机EMC改善方案

一.单相串激电机的换向种类分为:直线换向(电阻换向).延时换向.超前换向,由于有电抗电势的存在和影响,直线换向根本不存在,因此单相串激电机的换向只有两种,不是延时换向,就是超前换向;

1. 当电抗电势所形成的环流大于换向电势所形成的环流时,直线换向就变成延时换向,此时后刷边的电流密度大于前刷边的电流密度,造成后刷边的火花较大;

2.当电抗电势所形成的环流小于换向电势所形成的环流时,直线换向就变成超前换向,此时前刷边的电流密度大于后刷边的电流密度,造成前刷边的火花较大;

二.单相串激电机的换向好坏直接影响EMC的测试,要想改善EMC就必须改善电机的换向,改善电机的换向有以下措施: 1. 选用与换向器接触电阻较大的碳刷,而增加碳刷与换向器的接触电阻最有效的办法是选用硬质碳刷,碳刷越硬,接触电阻越大,接触压降也越大,相对的削弱了电感的影响,使换向过程近似于直线换向,有利于消除火花.碳刷根据接触电阻大小分为:碳石墨碳刷.石墨碳刷.电化石墨碳刷和铜石墨碳刷.需要注意的是,每种电机都有适合其性能的碳刷,有的电机可能这种碳刷火花大,而换上另一种碳刷可能就满足换向要求,因此,一个电机尽量多试几种碳刷,以找到最适合该电机的碳刷.

2. 控制碳刷弹簧压力在250～500g/cm²之间; 3. 控制碳刷电流密度≤12A/cm² 4.控制换向器片间电压＜ 25V;

5. 控制碳刷在刷握里的单边尺寸在0.05-0.39MM之间; 6. 控制换向器与刷握的端面间距在1.5±0.5MM之间; 7. 控制换向器的表面粗糙度Ra<0.4

8. 减少电抗电势E=2×I×L/T,其中I为电枢电流,L为线圈电感,T为换向周期,要减少电抗电势,可采用减少换向线圈的匝数,即减少转子的线圈数;采用较短的铁芯长度等; 9. 利用换向电势或速度电势来抵消电抗电势; 10. 逆转子旋转方向移动碳刷10度-26度;

11. 在绕线时,将接线顺着转子的旋转方向偏前1-2片; 12. 在绕线时,采用短距绕组,而不能采用全距绕组;

13. 加强定子磁场以相对削弱转子磁场的办法,即加大定子的激磁安匝数;

14. 定子采用不均匀气隙,其益处:可降低由于电枢反应所引起的气隙磁场的畸变程度,使换向器的片间电压最大值减小,从而可减少换向火花(见下图)

15. 限制变压器电势E=4.44×f×W2×￠,其中f为电源的频率, W2为转子的每元件匝数, W2=N/2K,N为转子的总导体数,K为换向片数, ￠为定子单边磁通量,要减少变压器电势可采用增加换向器片数的办法,或者减少转子的每元件匝数,一般将变压器电势控制在≤7V.

三. 改善EMC的措施

一台高速运转的带换向器的串激电机就相当于一台无线电发射装置,由于换向时产生火花和电弧,它将产生低频和高频的无线电干涉影响电视广播和无线电通讯,因此需要对其产生的干扰进行抑制; 1.电磁干扰形成的原因

A. 电机换向时导致参与换向的电枢线圈短路,回路流过短时大电流,当换向片与碳刷断开位置时,碳刷与换向片之间产生换向火花,使换向区域附近的空气介质电离,在空气中形成带电粒子,从而形成电磁干扰,这种火花电离产生的干扰频谱较宽且连续分布,对广播电视产品.通讯类产品及其他电子类产品有较大的干扰作用;

B. 由于可控硅.整流二极管.开关等在导通和截止的工作特性和导通的稳定性较差,也会产生高频次谐波干扰分量; C. 由于电机的定子铁芯和转子的开槽设计和线圈上磁路设计比较饱和,也会产生较大的高频次谐波干扰分量引起电磁干扰.

2. EMC: Electro Magnetic Compatibility (电磁兼容性):根据电磁兼容指令89/336/EEC,其定义为:装置.设备单元或系统在电磁环境中能够正常工作(抗扰度),并且不对该环境中的任何装置.设备构成不能承受的干扰(发射)能力. 3.串激电机运转产生的低频波段在0.15MHz-30MHz,该波段的频率一般通过传导干扰由电源线反馈回电网;

4.串激电机运转产生的高频波段在30MHz-300MHz,该波段的频率通过辐射干扰以电磁波的形式辐射到空间,通过电视广播和无线电通讯的天线接收而影响接收器的正常工作; 5. 电磁干扰的途径见下图.

6. GB4343.1-2003对频率在0.15MHz-30MHz连续干扰电压的允许值和频率在30MHz-300MHz的干扰功率值有严格的规定,这里不详述,有兴趣的同事可查此标准.

7. 下面从结构设计和制造工艺方面就降低无线电干扰采取的一些措施:

A. 重视对电机换向的改善,只要电机的换向改善了,电机对无线电干扰的程度就会得到很大的改善,改善换向的方法如前面所述;

B. 重视刷握在机壳中的定位方法,刷握固定的形式必须牢固可靠,以防止由于刷握的微量跳动而使高频分量过大,造成干扰功率的过大;

C. 内部连接线与导电部位的联接要可靠,并稳妥地安置在合适位置,比如稳妥地安放在卡线槽内,接触点不牢固将会对30MHz以上的高频分量带来较大的干扰电平;

D. 碳刷与换向器的材质要相宜,尤其是硬度搭配要合适,不能一个软一个硬,要防止换向器表面的过早磨损而出现表面不平,引起干扰电平的增大;

6. 安装附加抑制器,为改善高频时滤波器的抑制效果,提高对高频干扰功率的抑制能力,可以采用附加抑制器,常见的形式有:

A. 在碳刷两端并接一只电容器; B. 在碳刷和定子绕组间串接电感; C. A和B的组合; D. 在手柄电源线中串接两只电感; E. 采用三角形电容. F. 采用三角形电容和电感的配合使用.

采用附加抑制器主要就是利用电感和电容的“通高频阻低频”或“通低频阻高频”的特点,减弱因电动工具高速旋转所产生的低频干扰和高频辐射,从而减少对电视广播和无线电通讯的干扰.

随着科学技术的发展,电视广播和无线电通讯的频率范围已从甚高频(VHF)300MHz以下发展到超高频(UHF),频率范围300MHz-3000MHz,因此有的国家特别是欧洲国家已要求抑制干扰的频率扩大到10KHz-1000MHz,这给电动工具的EMC测试提出了新的要求.

同时,高速运转的串激电机不仅对电视广播和无线电通讯带来干扰,同时对附近工作的微型化和电子化的电子仪器也产生干扰,影响其准确度和精确度.