從電容、濾波器、電感等角度解決電機的電磁兼容問(wèn)題

馬達，特別是帶電刷的馬達，會(huì )產(chǎn)生大量的噪聲。電器要滿(mǎn)足電磁兼容標準的要求，必須對這些噪聲進(jìn)行處理。解決電磁兼容的手段無(wú)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(wèn)題通常是在產(chǎn)品已*完成設計并組裝完畢時(shí)發(fā)現。這時(shí)考慮 電磁兼容是十分困難的。制造商不僅面臨著(zhù)時(shí)間上的緊迫而且項目預算已經(jīng)用完，責任工程師已經(jīng)調到其它項目上，不能隨時(shí)解決有關(guān)的問(wèn)題。

解決這些問(wèn)題的最好時(shí)機是在產(chǎn)品的設計階段，而不是產(chǎn)品開(kāi)發(fā)周期最終階段。許多試驗是可以在產(chǎn)品裝入最終機殼之前進(jìn)行的。

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

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(lèi)。電壓尖峰是由電刷與換向片觸點(diǎn)的斷開(kāi)產(chǎn)生的。尖峰的幅度可以通過(guò)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(lái)減小。但是這會(huì )縮短電刷的壽命周期和其它一些問(wèn)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(xiàn)要盡量短。自由空間中的導線(xiàn)的電感約為每英寸1nH。如果電刷產(chǎn)生的噪聲頻率為50～100MHz，與電容連接的導線(xiàn)的長(cháng)度為4～6英寸，那么即使不考慮電容的阻抗，僅導線(xiàn)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(xiàn)電感的影響，已經(jīng)根本不起濾波器的作用了。如果將導線(xiàn)的長(cháng)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%。用馬達外殼做接地端時(shí)，殼體上的漆必須去掉，以便導線(xiàn)能夠良好的與地接觸。依靠連接螺釘的4、5個(gè)螺紋來(lái)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(xiàn)長(cháng)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(xiàn)濾波器，在許多產(chǎn)品中，電源線(xiàn)濾波器都必要的。電源線(xiàn)濾波器安裝正確時(shí)，是一種簡(jiǎn)捷的解決干擾的方法。電源線(xiàn)濾波器保證了電網(wǎng)免受產(chǎn)品內部噪聲的污染。但是，與其它濾波器件一樣，使用電源線(xiàn)濾波器的關(guān)鍵點(diǎn)也是保證連接到噪聲源公共端的導線(xiàn)盡量短?！　‰娫淳€(xiàn)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(xiàn)干擾的簡(jiǎn)單而又經(jīng)濟的方法。電源線(xiàn)濾波器要安裝在電源線(xiàn)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)品內部產(chǎn)生的輻射干擾耦合到電 源輸入端，使濾波器*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準：1） 使用電源線(xiàn)濾波器；2）良好的系統地線(xiàn)；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(xiàn)濾波器。工業(yè)標準規定在50Ω輸入/輸出條件下測量濾波器的特性。在現實(shí)中，沒(méi)有一個(gè)恰好為50Ω的環(huán)境。進(jìn)行 傳導發(fā)射測試時(shí)，在電源線(xiàn)的輸入端要接入線(xiàn)路阻抗穩定網(wǎng)絡(luò )（LISN）。這為所有的測試機構提供了一個(gè)標準的試驗方法?！　?/span>

LISN的作用主要是為濾波器的輸 入端在測試頻率范圍內提供穩定的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 本上的數據來(lái)確定哪個(gè)濾波器的性能更好。在實(shí)際中，通常要通過(guò)試驗來(lái)確定一只最合適的濾波器?！　?/span>

作為一個(gè)原則，當實(shí)際阻抗條件不清楚時(shí)，可以將濾波器樣本中 給出的數據減小20dB使用，以保證在實(shí)際產(chǎn)品中的效果。兩線(xiàn)電器上，濾波器的性能不如在三線(xiàn)電器上好。濾波器有兩種濾波機理，這就是串聯(lián)和旁路。在兩線(xiàn) 系統中，只有串聯(lián)濾波（電感）和線(xiàn)－線(xiàn)間濾波電容起作用，線(xiàn)－地電容不起作用?！　?/span>

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電刷通過(guò)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(lái)構成一個(gè)低通濾波器，這可以增強單個(gè)電感或電容的濾波效果。這對抑制傳導噪聲很有好處。

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(guò)屏蔽來(lái)實(shí)現?！　?/span>

接地也是很重要的一個(gè)方法。濾波器如果不接好地，就達不到設計的性能。對于旁路電容，如果接地阻抗過(guò)大，就起不到良好的旁路作用。這里的阻抗過(guò)大是指阻抗超過(guò)數mΩ。地線(xiàn)是消除噪聲 的路徑?！　∪绻褂昧诵阅芰己玫臑V波器件，但是沒(méi)有提供良好接地路徑，器件的濾波效果將大打折扣。在非金屬機箱中，沒(méi)有將所有器件連接起來(lái)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(xiàn)，可以將產(chǎn)生噪聲的器件限制在一塊公共地線(xiàn)板上。

設計人員要注意，導線(xiàn)束的狀態(tài)必須與最終產(chǎn)品中的導線(xiàn)束狀態(tài)很接近。對地線(xiàn)的處理 十分重要。如果沒(méi)有良好的地線(xiàn)，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(jiǎn)單的分析，包括馬達繞組，以便了解個(gè)別濾波器件是怎樣影響噪聲的。這并不需要復雜的計算機輔助分析，只要了解阻抗與濾波器件之間的簡(jiǎn)單關(guān)系就可以了。由于馬達產(chǎn)生的噪聲在幅度和頻率上有很大的隨機性，因此要使產(chǎn)品的干 擾發(fā)射與規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。