电路设计时电磁干扰的产生及抑制措施

一样的风 发表于 2020-09-25 16:39:26 收藏 已收藏
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电路设计时电磁干扰的产生及抑制措施

一样的风 发表于 2020-09-25 16:39:26
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1、产生电磁干扰的原因

(1)绕组中突变磁场产生干扰或老化如果通过电动机线圈绕组的电流通路切断,则线圈中的磁场突然消失,线圈上会产生上百伏,甚至上千伏的瞬变过电压。这种电压对系统中其他电子装置产生巨大电能冲击,最终导致设备、系统的基本失控和逻辑判断出错,甚至击穿或烧毁系统中的其他机电元件。瞬变过电压与负载的大小以及线路的阻抗有关。

(2)换向器与电刷间的火花放电。对电刷式电动机而言,电刷和换向片之间产生火花放电,同时引起频谱极宽的噪声(从中波到甚高频波段内是连续分布的),它对无线广播、电视及各种电子设备在很大范围内造成干扰。

(3)其他。诸多电子产品中的电动机均采用桥式整流和电容滤波电路整流后的直流电源。因为其中整流二极管的导通角很小,只有在输入交流电压峰值附近才有高峰值的输入电流通过。这种畸变的电流波形基本很低,但高次谐波却非常丰富,脉冲宽度约为5ms(1/4T)。这种高峰值的电流脉冲不仅对供电电网造成严重污染,还对其他各种用电设备产生干扰。

2、电路设计时电磁干扰的产生及抑制措施

在电磁电路中的电磁兼容性很大范围是由线路贮藏和互相连接的成分决定的:从天线返回的信号能放射出电磁能量。其最主要是由于电流幅值、频率和电流线圈的几何面积决定的。通常,有3个主要的电磁干扰来源:电源、高频信号、振荡器电路。下面分别分析产生原因及其防范措施。

首先,当1个CMOS反向换流器在改变输出状态时,两个晶闸管会有一段很短的时间同时导通。这会使电流增长很快,导致在电源线路上出现电流尖峰,引起一段或长或短的电源线路的短路。这被证实是产生电磁干扰的一个重要原因。

减弱电源电压的波动,使其接近1个100nF旁路电容器,是十分有效的。然而由于电路的寄生成分,例如集成和电源线路的阻抗,旁路电容器不能有效减少电流峰值的,因此也不能减少辐射干扰。为了抑制这些电流尖峰(至少在电源线路上),使其不扩展到其他部位,在极间耦合电容器和电源线路之间增加1个感应线圈,以方便干扰被抑制。

其次在数字系统中,最高的连续频率通常是由时钟发生器产生的,在C24xDSP的内部振荡器中使用1个晶体,这有助于减少高频电流,同时被电流通路围住的面积会减少电磁干扰。由于晶体在共振频率上的几百k的高阻抗,电流在引起晶体共振的频率是很小的。然而CMOS反向换流器的输出电压是一个包含谐波的方波信号,所以晶体不再表示为1个高阻抗,这会引起很大的电流。解决办法是加上一个串联电阻,使这些电流成分减少。

电磁干扰抑制

虽然电磁干扰现象普遍存在,但是电磁干扰却不能完全消除,只能通过措施尽量减少降低电动机对设备、系统工作造成的电磁干扰可采用以下措施。

(1)阻尼。阻尼可有效地降低和减少瞬变过电压对系统回路中浪涌电压对电动机的干扰。一般可采用阻尼导线的方式,如导电性橡胶线、浸碳纤维线、变距电阻绕线、磁性体绕线、双电阻丝绕线和层蔽导线等。用以上几种导线作为电动机的电源引出线。此外,阻尼导线还可减少和抑制电刷与换向器之间的火花放电干扰。

(2)滤波。电动机电刷产生的噪声既有共模和差模两种,解决方法有电容、电感及接地等。对于共模噪声降低,可将电容器接在电动机的每根引线和地之间,对于差模噪声大都是由电刷与换向器触点断开产生。

(3)接地。接地抑制噪声的操作方式很重要。如果接地阻抗过大,则起不到良好的噪声旁路作用。如果电动机外壳做接地端子,则外壳上的油漆必须去掉,以便使导线良好地与地接触,不能单靠连接螺钉的4~5牙螺纹来连接。

(4)屏蔽。用屏蔽的方式抑制辐射噪声是很有效的。电动机金属外壳就正好起着屏蔽的作用。其屏蔽效果与材料的性能、辐射频率、屏蔽壳体上存在的各种不连续的形状和数量有关,如因为铜、铅对电磁场波具有极大的反射损耗,适宜于作为电动机电刷与换向器之间的火花干扰屏蔽体。铁和特种高导磁率的铁镍钴合金等导磁性材料,因其对磁场波具有很大的吸引损耗,因此可用作电动机绕组(或永磁极)的屏蔽壳体。

由于存在導线进出孔,电动机转轴孔,电动机外壳电磁屏蔽具有不连续性,可在窗孔上用导电橡胶或金属衬垫,电源引出线应通过屏蔽罩壳上的穿心电容与电动机连接,以消除通过窗孔的电磁干扰。

(5)其他措施。干扰抑制也可以从电动机本身如设计、加工工艺等入手。因为某些部分的接触不良,电刷的不干净都会产生数倍于正常运转时的干扰情况。为了抑制干扰,要保持接触部分的接触可靠,开合动作正常,触头的压力要保持均匀;要保持电刷和换向器的干净,保证电刷本身的质量也就是降低表面粗糙度;换向器选用硬态纯铜、锆铜或银镍铜,与之匹配的电刷选用纯石墨、铜石墨或银石墨材质;换向器表面与转子必须进行同轴磨削,电刷应预先加工;装配时为使刷架中心与电动机转子轴中心线垂直相交,调整电刷弹簧的压力均匀对称;设计时,在电路中接入瞬态抑制器件如硅二极管,以防止电感效应产生的电压波涌尖锋;电枢安装轴中心对称,以避免气隙不均匀,绕组不对称;要使机座的固定可靠,避免机械运转时引起电动机的运转不稳。

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