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如何降低馬達的噪聲 使其符合電磁兼容標準

日期:2022-08-14 16:02
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摘要:馬達,特別是帶電刷的馬達,會產生大量的噪聲。電器要滿足電磁兼容標準的要求,必須對這些噪聲進行處理。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品已徹底完成設計并組裝完畢時發現。這時考慮 電磁兼容是十分困難的。制造商不僅面臨著時間上的緊迫而且項目預算已經用完,責任工程師已經調到其它項目上,不能隨時解決有關的問題。 解決這些問題的*好時機是在產品的設計階段,而不是產品開發周期*終階段。許多試驗是可以在產品裝入*終機殼之前進行的。 電容 ...
馬達,特別是帶電刷的馬達,會產生大量的噪聲。電器要滿足電磁兼容標準的要求,必須對這些噪聲進行處理。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品已徹底完成設計并組裝完畢時發現。這時考慮 電磁兼容是十分困難的。制造商不僅面臨著時間上的緊迫而且項目預算已經用完,責任工程師已經調到其它項目上,不能隨時解決有關的問題。
 
解決這些問題的*好時機是在產品的設計階段,而不是產品開發周期*終階段。許多試驗是可以在產品裝入*終機殼之前進行的。


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電刷產生的。電容可以接在馬達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的斷開產生的。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線要盡量短。自由空間中的導線的電感約為每英寸 1nH。如果電刷產生的噪聲頻率為 50~100MHz,與電容連接的導線的長度為 4~6 英寸,那么即使不考慮電容的阻抗,僅導線電感的阻抗也已經有:
 
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,這是一個非常好的旁路型濾波器。但是由于引線電感的影響,已經根本不起濾波器的作用了。如果將導線的長度縮短為 1 英寸,則電感的阻抗僅為 0.628Ω,這時濾波電容的效果提高了 20%。
 
用馬達外殼做接地端時,殼體上的漆必須去掉,以便導線能夠良好的與地接觸。依靠連接螺釘的 4、5 個螺紋來連接不是一個好辦法。即使產品的外殼是金屬的,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位置,是一個聰明的選擇。這消除額外的引線長度,使噪聲回到噪聲源的阻抗*小,具有*佳的濾波效果。


電源線濾波器
在許多產品中,電源線濾波器都必要的。電源線濾波器安裝正確時,是一種簡捷的解決干擾的方法。電源線濾波器保證了電網免受產品內部噪聲的污染。但是,與其它濾波器件一樣,使用電源線濾波器的關鍵點也是保證連接到噪聲源公共端的導線盡量短。
 
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濟的方法。電源線濾波器要安裝在電源線入口處。在有些產品中,濾波器安裝在產品的中部,這會使產品內部產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,你的產品就有更大的可能符合電磁兼容標準:
 
1) 使用電源線濾波器;
 
2)良好的系統地線;
 
3)濾波器的衰減頻率低到 150kHz;
 
很難從濾波器產品樣本上選擇到合適的電源線濾波器。工業標準規定在 50Ω輸入 / 輸出條件下測量濾波器的特性。在現實中,沒有一個恰好為 50Ω的環境。進行 傳導發射測試時,在電源線的輸入端要接入線路阻抗穩定網絡(LISN)。這為所有的測試機構提供了一個標準的試驗方法。
 
LISN 的作用主要是為濾波器的輸 入端在測試頻率范圍內提供穩定的 50Ω阻抗。濾波器輸出端的阻抗由家用電器產品本身決定,這絕不會恰好為 50Ω。如果恰好為 50Ω,你就可以利用濾波器樣 本上的數據來確定哪個濾波器的性能更好。在實際中,通常要通過試驗來確定一只*合適的濾波器。
 
作為一個原則,當實際阻抗條件不清楚時,可以將濾波器樣本中 給出的數據減小 20dB 使用,以保證在實際產品中的效果。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理,這就是串聯和旁路。在兩線 系統中,只有串聯濾波(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
減小噪聲的另一個方法是在電刷上直接放置一個電感器件。電感的作用是防止當電刷通過換向片間隙時流進電刷電流的突然變化。電感的電感量大約為 10~25μH。串聯在電路中的扼流圈可以和到地的旁路電容組合起來構成一個低通濾波器,這可以增強單個電感或電容的濾波效果。這對抑制傳導噪聲很有好處。
 
單個電容和 LC 濾波器之間的差別是很大的。LC 濾波器比單個電容具有更寬的濾波帶寬,因此對電刷產生的寬帶噪聲具有更大的效果。以上介紹的濾波技術能夠消除傳導干擾,但是尖峰產生的輻射干擾也是需要抑 制的。這可以通過屏蔽來實現。


接地
接地也是很重要的一個方法。 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 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。在非金屬機箱中,沒有將所有器件連接起來的接地板,這時濾 波是十分困難的。要獲得一個良好的地線,可以將產生噪聲的器件限制在一塊公共地線板上。
 
設計人員要注意,導線束的狀態必須與*終產品中的導線束狀態很接近。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,建議對實際電路做一個簡單的分析,包括馬達繞組,以便了解個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單關系就可以了。
 
由于馬達產生的噪聲在幅度和頻率上有很大的隨機性,因此要使產品的干 擾發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。

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