中心議題：

• EMI產生的根源
• 抑製電抗電勢的方法

解決方案：

• 削弱換向過程產生的電抗電勢

diancijianrongxingfanyingledianzishebeihuoxitongzaiqidiancihuanjingzhongfuheyaoqiuyunxingbingbuduiqihuanjingderenheshebeichanshengwufarenshoudedianciganraonengli，tabaohanlianggefangmiandeyaoqiu:一方麵是指設備在正常運行過程中對所在環境產生的電磁幹擾不能超過一定的限值即EMI(ElectromagneticInterference);另一方麵是指設備對所在環境中存在的電磁幹擾具有一定程度的抗擾度，即電磁敏感性EMS(ElectromagneticSusceptibility),商用電氣產品為取得某一市場的銷售資格，其EMI水平必須通過強製性認證，即達到某一標準，如國際無線電幹擾特別委員會的IECCISPRI4-1
，歐洲的EN55014-1，或中國的GB4343.1等等。各類標準事實上是等效的川。

1EMI產生的根源

對於由小型永磁直流電機驅動的各類產品
，通常隻有EMI的問題。EMI可分為傳導幹擾和輻射幹擾:傳導幹擾是指幹擾能量沿著電纜以幹擾電壓的形式傳播;輻射幹擾是指幹擾能量以電磁波的形式通過空間將其信號藕合(幹擾)到另一個電網絡。

為限製永磁電機的EMI
，必須搞清幹擾源才能有效對電磁幹擾加以抑製。在由永磁直流電機驅動的各種工業產品中

，EMI的來源主要包括:

L1電機的火花
火花使換向區域附近的空氣介質電離，在空氣中形成帶電粒子，形成電磁幹擾;

L2非線性器件
可控矽

、整流二極管以及晶體管開關的導通和截止的工作特性會產生高頻諧波幹擾;

1.3電機的磁路
過於飽和的磁路也會產生較大的電磁幹擾。

在產品中加裝濾波器以及采用各種屏蔽手段可以有效地抑製EMI，但dan從cong根gen源yuan上shang消xiao除chu幹gan擾rao源yuan的de幹gan擾rao同tong樣yang重zhong要yao。在zai上shang述shu各ge幹gan擾rao源yuan中zhong，直zhi流liu電dian機ji在zai換huan向xiang過guo程cheng中zhong產chan生sheng的de火huo花hua，由you於yu其qi成cheng因yin複fu雜za
，在zai實shi際ji應ying用yong中zhong常chang常chang難nan以yi控kong製zhi。

表麵上


，電機生產過程中的各種不良工藝都會加劇運行中的火花，必須加以控製，如換向器表麵的精車水平包括圓度
、跳動、光潔度，轉子的動平衡水平，此外，彈簧的壓力以及碳刷的材質都會對火花的大小產生極大的影響。

理li論lun上shang，火huo花hua產chan生sheng的de根gen源yuan是shi換huan向xiang中zhong產chan生sheng的de各ge種zhong電dian動dong勢shi

，包bao括kuo電dian抗kang電dian勢shi及ji變bian壓ya器qi電dian勢shi，換huan向xiang片pian上shang的de片pian間jian電dian壓ya以yi及ji轉zhuan子zi上shang的de電dian樞shu反fan應ying等deng。這zhe其qi中zhong，電dian抗kang電dian勢shi是shi最zui主zhu要yao的de。

換向時，電樞電流在極短的時間內變換方向，線圈電流的換向過程由圖1簡示。

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2抑製電抗電勢的方法

由上述分析可知，抑製永磁直流電機EMI的de根gen本ben在zai於yu有you效xiao地di削xue弱ruo換huan向xiang過guo程cheng產chan生sheng的de電dian抗kang電dian勢shi。當dang然ran，前qian提ti是shi必bi須xu保bao證zheng電dian機ji生sheng產chan工gong藝yi及ji電dian機ji在zai產chan品pin中zhong裝zhuang配pei的de穩wen定ding性xing。這zhe裏li僅jin限xian從cong理li論lun上shang探tan究jiu抑yi製zhi電dian抗kang電dian勢shi的de方fang法fa。

根據(1)
，削(xue)弱(ruo)電(dian)抗(kang)電(dian)勢(shi)的(de)手(shou)段(duan)包(bao)括(kuo)調(tiao)整(zheng)定(ding)轉(zhuan)子(zi)線(xian)圈(quan)匝(za)數(shu)比(bi)或(huo)依(yi)靠(kao)增(zeng)加(jia)換(huan)向(xiang)片(pian)數(shu)來(lai)減(jian)少(shao)每(mei)線(xian)圈(quan)匝(za)數(shu)以(yi)減(jian)小(xiao)電(dian)感(gan)
，或(huo)適(shi)當(dang)加(jia)大(da)碳(tan)刷(shua)寬(kuan)度(du)以(yi)增(zeng)加(jia)換(huan)向(xiang)周(zhou)期(qi)，另(ling)外(wai)
，增(zeng)大(da)碳(tan)刷(shua)的(de)電(dian)阻(zu)率(lv)亦(yi)可(ke)減(jian)小(xiao)電(dian)抗(kang)電(dian)勢(shi)對(dui)換(huan)向(xiang)的(de)阻(zu)礙(ai)。

但是，在工程實際中
，上述條件隻能非常有限的被滿足。比如，匝數比太大會造成磁路過度飽和，反而會惡化EM1;同時過高的定子槽滿率不僅會降低電機的過載能力，也會影響生產效率;又(you)如(ru)，受(shou)限(xian)於(yu)生(sheng)產(chan)工(gong)藝(yi)水(shui)平(ping)，換(huan)向(xiang)片(pian)數(shu)也(ye)無(wu)法(fa)太(tai)大(da)。至(zhi)於(yu)碳(tan)刷(shua)電(dian)阻(zu)率(lv)，受(shou)發(fa)熱(re)限(xian)製(zhi)
，亦(yi)無(wu)法(fa)無(wu)限(xian)度(du)提(ti)高(gao)。所(suo)以(yi)
，設(she)法(fa)在(zai)換(huan)向(xiang)過(guo)程(cheng)中(zhong)產(chan)生(sheng)一(yi)個(ge)與(yu)電(dian)抗(kang)電(dian)勢(shi)反(fan)向(xiang)的(de)電(dian)動(dong)勢(shi)將(jiang)其(qi)抵(di)消(xiao)將(jiang)是(shi)抑(yi)製(zhi)火(huo)花(hua)和(he)EMI的最有效的方法。

眾zhong所suo周zhou知zhi
，直zhi流liu電dian機ji在zai磁ci極ji間jian加jia裝zhuang換huan向xiang極ji可ke以yi產chan生sheng與yu電dian抗kang電dian勢shi相xiang反fan的de電dian勢shi，但dan小xiao型xing直zhi流liu電dian機ji受shou空kong間jian所suo限xian，不bu便bian加jia裝zhuang換huan向xiang極ji
，所suo以yi，絕jue大da多duo數shu設she計ji都dou采cai用yong逆ni電dian機ji轉zhuan向xiang偏pian移yi碳tan刷shua位wei置zhi的de方fang法fa來lai達da到dao與yu加jia裝zhuang換huan向xiang極ji相xiang同tong的de效xiao果guo[zJ。與偏移碳刷位置效果相同
、精度更高、被現代生產實踐應用更廣泛的手段是，在轉子繞

線(xian)的(de)過(guo)程(cheng)中(zhong)直(zhi)接(jie)產(chan)生(sheng)磁(ci)場(chang)借(jie)偏(pian)。雖(sui)然(ran)國(guo)際(ji)國(guo)內(nei)各(ge)大(da)電(dian)機(ji)製(zhi)造(zao)公(gong)司(si)及(ji)研(yan)究(jiu)機(ji)構(gou)對(dui)電(dian)機(ji)的(de)轉(zhuan)子(zi)借(jie)偏(pian)角(jiao)的(de)定(ding)義(yi)不(bu)盡(jin)相(xiang)同(tong)，但(dan)事(shi)實(shi)上(shang)卻(que)有(you)同(tong)樣(yang)的(de)理(li)論(lun)基(ji)礎(chu)，這(zhe)裏(li)不(bu)加(jia)贅(zhui)述(shu)。

圖3及圖4分別表示了轉子在借偏前後的電流分布:


借(jie)偏(pian)有(you)其(qi)特(te)定(ding)的(de)方(fang)向(xiang)性(xing)
，即(ji)對(dui)於(yu)已(yi)經(jing)製(zhi)造(zao)完(wan)畢(bi)的(de)有(you)借(jie)偏(pian)的(de)轉(zhuan)子(zi)，其(qi)借(jie)偏(pian)的(de)作(zuo)用(yong)隻(zhi)對(dui)電(dian)機(ji)在(zai)某(mou)單(dan)方(fang)向(xiang)有(you)效(xiao)，換(huan)言(yan)之(zhi)，若(ruo)轉(zhuan)向(xiang)相(xiang)反(fan)
，則(ze)該(gai)借(jie)偏(pian)會(hui)惡(e)化(hua)換(huan)向(xiang)及(ji)EMI。其原理在於借偏角的方向必須與電機的轉向一致，才可保證換向過程由借偏產生的電動勢與電抗電動勢向反。

借偏角度亦不可過大。由於借偏相當於減小了轉子的有效匝數，過大的借偏角度需要更多的線圈匝數來彌補，過多的用銅(鋁)勢必增加損耗，降低效率;同時，過大的借偏有時反而不利於電抗電動勢的抵消。在工程實際中
，必須在火花抑製和電機性能中尋找最佳的平衡點，不可偏廢。

必(bi)須(xu)指(zhi)出(chu)，電(dian)機(ji)同(tong)其(qi)它(ta)工(gong)業(ye)產(chan)品(pin)一(yi)樣(yang)，其(qi)最(zui)終(zhong)的(de)性(xing)能(neng)絕(jue)不(bu)僅(jin)僅(jin)決(jue)定(ding)於(yu)電(dian)磁(ci)設(she)計(ji)和(he)機(ji)械(xie)結(jie)構(gou)設(she)計(ji)水(shui)平(ping)。事(shi)實(shi)上(shang)，製(zhi)造(zao)水(shui)平(ping)及(ji)工(gong)藝(yi)穩(wen)定(ding)性(xing)是(shi)保(bao)證(zheng)好(hao)的(de)電(dian)機(ji)設(she)計(ji)的(de)根(gen)本(ben)。

以下舉兩例說明工藝對EMI的影響。

例1換向器的精車水平。
ruoshengchanchangjiadehuanxiangqijingcheshuipingbuzu，zaochengchengpindianjizhuanzihuanxiangqibiaomiandeyuandujitiaodongbuliang，zedianjizaigaosuyunxingzhong
，tanshuayuhuanxiangqibiaomianbunengbaochilianghaodejiechu，shiduanshihe
，zaiduankaideshunjian，dianliubeishituqiangzhiguiling，zhehuizaochenghendadediankangdianshi

，chanshenghuohuajinerehuaEMI。

例2永磁體的充磁。
理li想xiang狀zhuang態tai下xia，充chong磁ci後hou的de兩liang極ji應ying具ju有you相xiang同tong的de磁ci場chang分fen布bu川chuan

，且qie以yi磁ci極ji中zhong心xin線xian為wei界jie，兩liang側ce的de磁ci場chang應ying具ju有you單dan一yi的de磁ci性xing。若ruo充chong磁ci過guo程cheng中zhong

，由you於yu充chong磁ci工gong裝zhuang的de原yuan因yin造zao成cheng磁ci場chang分fen布bu混hun亂luan，如ru圖tu5所示。


則會嚴重影響EMi
，且不易被發現。以圖5為例.兩磁極在靠近中性線的位置處均有與該磁極極性相反的一段反波.仔zai細xi分fen析xi借jie偏pian的de原yuan理li可ke知zhi，該gai反fan波bo事shi實shi上shang相xiang當dang於yu一yi個ge與yu正zheng常chang換huan向xiang極ji作zuo用yong相xiang反fan的de附fu加jia磁ci極ji，當dang其qi被bei轉zhuan子zi換huan向xiang線xian圈quan切qie割ge時shi
，產chan生sheng的de電dian動dong勢shi與yu電dian抗kang電dian動dong勢shi同tong向xiang，也ye就jiu是shi會hui惡e化hua換huan向xiang;當其分布角度超過借偏角度時
，會完全抹殺借偏的作用。

抑製換向時產生的電抗電勢對於小型直流電機EMI的抑製十分關鍵。在影響小型直流電機EMIdegexiangyinsuzhong
，huohuadekongzhililaishinandujiaodadegongzuo。jutidaogongchengshijian，shejishangbixuwanmeipinghengdianjidehuanxianghexingneng
，gongyishangbixubaozhengyingyoudeshuipingyuwending

，caikeyizuochumanzugegeqiangzhixingrenzhengdehegedegongyechanpin。