小功率永磁直流電機的電磁干擾抑制研究

但是，在工程實際中，上述條件只能非常有限的被滿足。比如，匝數(shù)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(chǎn)效率;又如，受限于生產(chǎn)工藝水平，換向片數(shù)也無法太大。至于碳刷電阻率，受發(fā)熱限制，亦無法無限度提高。所以，設(shè)法在換向過程中產(chǎn)生一個與電抗電勢反向的電動勢將其抵消將是抑制火花和EMI的最有效的方法。

眾所周知，直流電機在磁極間加裝換向極可以產(chǎn)生與電抗電勢相反的電勢，但小型直流電機受空間所限，不便加裝換向極，所以，絕大多數(shù)設(shè)計都采用逆電機轉(zhuǎn)向偏移碳刷位置的方法來達到與加裝換向極相同的效果[zJ。與偏移碳刷位置效果相同、精度更高、被現(xiàn)代生產(chǎn)實踐應(yīng)用更廣泛的手段是，在轉(zhuǎn)子繞

線的過程中直接產(chǎn)生磁場借偏。雖然國際國內(nèi)各大電機制造公司及研究機構(gòu)對電機的轉(zhuǎn)子借偏角的定義不盡相同，但事實上卻有同樣的理論基礎(chǔ)，這里不加贅述。

圖3及圖4分別表示了轉(zhuǎn)子在借偏前后的電流分布:

借偏有其特定的方向性，即對于已經(jīng)制造完畢的有借偏的轉(zhuǎn)子，其借偏的作用只對電機在某單方向有效，換言之，若轉(zhuǎn)向相反，則該借偏會惡化換向及EMI。其原理在于借偏角的方向必須與電機的轉(zhuǎn)向一致，才可保證換向過程由借偏產(chǎn)生的電動勢與電抗電動勢向反。

借偏角度亦不可過大。由于借偏相當于減小了轉(zhuǎn)子的有效匝數(shù)，過大的借偏角度需要更多的線圈匝數(shù)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于電抗電動勢的抵消。在工程實際中，必須在火花抑制和電機性能中尋找最佳的平衡點，不可偏廢。

必須指出，電機同其它工業(yè)產(chǎn)品一樣，其最終的性能絕不僅僅決定于電磁設(shè)計和機械結(jié)構(gòu)設(shè)計水平。事實上，制造水平及工藝穩(wěn)定性是保證好的電機設(shè)計的根本。

以下舉兩例說明工藝對EMI的影響：

例1換向器的精車水平。

若生產(chǎn)廠家的換向器精車水平不足，造成成品電機轉(zhuǎn)子換向器表面的圓度及跳動不良，則電機在高速運行中，碳刷與換向器表面不能保持良好的接觸，時斷時合，在斷開的瞬間，電流被試圖強制歸零，這會造成很大的電抗電勢，產(chǎn)生火花進而惡化EMI。

例2永磁體的充磁。

理想狀態(tài)下，充磁后的兩極應(yīng)具有相同的磁場分布川，且以磁極中心線為界，兩側(cè)的磁場應(yīng)具有單一的磁性。若充磁過程中，由于充磁工裝的原因造成磁場分布混亂，如圖5所示。

圖5 帶有反波的磁場分布

則會嚴重影響EMI，且不易被發(fā)現(xiàn)。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.仔細分析借偏的原理可知，該反波事實上相當于一個與正常換向極作用相反的附加磁極，當其被轉(zhuǎn)子換向線圈切割時，產(chǎn)生的電動勢與電抗電動勢同向，也就是會惡化換向;當其分布角度超過借偏角度時，會完全抹殺借偏的作用。

抑制換向時產(chǎn)生的電抗電勢對于小型直流電機EMI的抑制十分關(guān)鍵。在影響小型直流電機EMI的各項因素中，火花的控制歷來是難度較大的工作。具體到工程實踐，設(shè)計上必須完美平衡電機的換向和性能，工藝上必須保證應(yīng)有的水平與穩(wěn)定，才可以做出滿足各個強制性認證的合格的工業(yè)產(chǎn)品。