1 引言 

 

電磁幹擾在電機控製中越來越成為一個嚴重的問題

，在無刷直流電機的應用中, 如何減少電磁幹擾也是一個重要的問題。在無刷直流電機應用中, 一方麵, 要分析在電機供電係統中電磁幹擾產生的機理；另一方麵,在電機供電電路設計上如何盡量減少電磁幹擾的產生。下麵從電機整流逆變器方麵來分析電磁幹擾的產生及減少電磁幹擾的措施。

 

 

無刷直流電機供電係統模型如圖1所示
，無刷直流電機整流逆變器產生電磁幹擾最根本的原因，就是其在工作過程中產生的高di/dt和高dv/dt，它們產生的浪湧電流和尖峰電壓形成了幹擾源。工頻整流濾波使用的大電容充電放電、開關管高頻工作時的電壓切換都是這類幹擾源。無刷直流電機供電係統中電壓電流波形大多為接近矩形的周期波，比如開關管的驅動波形、IGBT波形等。對於矩形波，周期的倒數決定了波形的基波頻率；兩倍脈衝邊緣上升時間或下降時間的倒數決定了這些邊緣引起的頻率分量的頻率值
，典型的值在MHz範圍
，而它的諧波頻率就更高了。這些高頻信號都對無刷直流電機的基本信號
，尤其是對控製電路的信號造成幹擾。

 

 

無刷直流電機供電係統的電磁噪聲從噪聲源來說可以分為兩大類。一類是外部噪聲
，例如
，通過電網傳輸過來的共模和差模噪聲
、外部電磁輻射對供電係統控製電路的幹擾等。另一類是供電係統自身產生的電磁噪聲，如開關管電流尖峰產生的諧波及電磁輻射幹擾。  

 

如圖2所示，電網中含有的共模和差模噪聲對無刷直流供電係統產生幹擾，供電係統在受到電磁幹擾的同時也對電機負載產生電磁幹擾（如圖中的返回噪聲、輸出噪聲和輻射幹擾）。進行無刷直流電機供電係統EMI設she計ji時shi一yi方fang麵mian要yao防fang止zhi供gong電dian係xi統tong對dui電dian網wang和he附fu近jin的de電dian子zi設she備bei產chan生sheng幹gan擾rao，另ling一yi方fang麵mian要yao加jia強qiang供gong電dian係xi統tong本ben身shen對dui電dian磁ci騷sao擾rao環huan境jing的de適shi應ying能neng力li。下xia麵mian具ju體ti分fen析xi供gong電dian係xi統tong噪zao聲sheng產chan生sheng的de原yuan因yin和he途tu徑jing。

 

 

 

電源線噪聲是電網中各種用電設備產生的電磁騷擾沿著電源線傳播所造成的。電源線噪聲分為兩大類：共模幹擾、差模幹擾，如圖2所示。共模幹擾是指任何載流導體與參考地之間不希望有的電位差
；差cha模mo幹gan擾rao是shi指zhi任ren何he兩liang個ge載zai流liu導dao體ti之zhi間jian不bu希xi望wang有you的de電dian位wei差cha。共gong模mo幹gan擾rao電dian流liu不bu通tong過guo地di線xian，而er通tong過guo輸shu入ru電dian源yuan線xian傳chuan輸shu。而er差cha模mo幹gan擾rao電dian流liu通tong過guo地di線xian和he輸shu入ru電dian源yuan線xian回hui路lu傳chuan輸shu。所suo以yi
，我wo們men設she置zhi電dian源yuan線xian濾lv波bo器qi時shi要yao考kao慮lv到dao差cha模mo幹gan擾rao和he共gong模mo幹gan擾rao的de區qu別bie，在zai其qi傳chuan輸shu途tu徑jing上shang使shi用yong差cha模mo或huo共gong模mo濾lv波bo元yuan件jian抑yi製zhi它ta們men的de幹gan擾rao，以yi達da到dao最zui好hao的de濾lv波bo效xiao果guo。

 

2.2 輸入電流畸變造成的噪聲  

 

無刷直流電機的供電係統中的直流電壓一般采用交流輸入電經橋式整流、電容濾波型整流得到。如圖3所示，在沒有PFC功能的輸入級，由於整流二極管的非線性和濾波電容的儲能作用
，使得二極管的導通角變小，輸入電流Ii成為一個時間很短、峰(feng)值(zhi)很(hen)高(gao)的(de)周(zhou)期(qi)性(xing)尖(jian)峰(feng)電(dian)流(liu)。這(zhe)種(zhong)畸(ji)變(bian)的(de)電(dian)流(liu)實(shi)質(zhi)上(shang)除(chu)了(le)包(bao)含(han)基(ji)波(bo)分(fen)量(liang)以(yi)外(wai)還(hai)含(han)有(you)豐(feng)富(fu)的(de)高(gao)次(ci)諧(xie)波(bo)分(fen)量(liang)。這(zhe)些(xie)高(gao)次(ci)諧(xie)波(bo)分(fen)量(liang)不(bu)但(dan)產(chan)生(sheng)的(de)諧(xie)波(bo)汙(wu)染(ran)，而(er)且(qie)對(dui)無(wu)刷(shua)直(zhi)流(liu)電(dian)機(ji)的(de)正(zheng)常(chang)運(yun)行(xing)產(chan)生(sheng)幹(gan)擾(rao)。為(wei)了(le)抑(yi)製(zhi)整(zheng)流(liu)逆(ni)變(bian)器(qi)對(dui)電(dian)機(ji)的(de)汙(wu)染(ran)和(he)幹(gan)擾(rao)，PFC電路是不可或缺的部分。

 

 

2.3 分布及寄生參數引起的供電係統噪聲  

 

整流逆變器的分布參數是多數幹擾的內在因素，例如供電係統和散熱器之間的分布電容就是噪聲源。zhengliunibianqiyusanreqizhijiandefenbudianrongyukaiguanguandejiegouyijikaiguanguandeanzhuangfangshiyouguan。caiyongdaiyoupingbidejueyuanchendiankeyijianxiaokaiguanguanyusanreqizhijiandefenbudianrong。

 

如圖4所示
，在高頻工作下的元件都有高頻寄生特性，對其工作狀態產生影響。高頻工作時導線變成了發射線

、電容變成了電感、電感變成了電容、電阻變成了共振電路。觀察圖4中zhong的de頻pin率lv特te性xing曲qu線xian可ke以yi發fa現xian，當dang頻pin率lv過guo高gao時shi各ge元yuan件jian的de頻pin率lv特te性xing產chan生sheng了le相xiang當dang大da的de變bian化hua。為wei保bao證zheng整zheng流liu逆ni變bian器qi在zai高gao頻pin工gong作zuo時shi的de穩wen定ding性xing，設she計ji供gong電dian係xi統tong時shi要yao充chong分fen考kao慮lv元yuan件jian在zai高gao頻pin工gong作zuo時shi的de特te性xing
，選xuan擇ze使shi用yong高gao頻pin特te性xing比bi較jiao好hao的de元yuan件jian。另ling外wai，在zai高gao頻pin時shi導dao線xian寄ji生sheng電dian感gan的de感gan抗kang顯xian著zhu增zeng加jia，由you於yu電dian感gan的de不bu可ke控kong性xing
，最zui終zhong使shi其qi變bian成cheng一yi根gen發fa射she線xian，也ye就jiu成cheng為wei了le供gong電dian係xi統tong中zhong的de輻fu射she幹gan擾rao源yuan。

 

 

 

 

電磁兼容的三要素是幹擾源、耦(ou)合(he)通(tong)路(lu)和(he)敏(min)感(gan)體(ti)，抑(yi)製(zhi)以(yi)上(shang)任(ren)何(he)一(yi)項(xiang)都(dou)可(ke)以(yi)減(jian)少(shao)電(dian)磁(ci)幹(gan)擾(rao)問(wen)題(ti)。整(zheng)流(liu)逆(ni)變(bian)器(qi)工(gong)作(zuo)在(zai)高(gao)電(dian)壓(ya)大(da)電(dian)流(liu)的(de)高(gao)頻(pin)開(kai)關(guan)狀(zhuang)態(tai)時(shi)
，其(qi)引(yin)起(qi)的(de)電(dian)磁(ci)兼(jian)容(rong)性(xing)問(wen)題(ti)是(shi)比(bi)較(jiao)複(fu)雜(za)的(de)。但(dan)是(shi)，仍(reng)符(fu)合(he)基(ji)本(ben)的(de)電(dian)磁(ci)幹(gan)擾(rao)模(mo)型(xing)，可(ke)以(yi)從(cong)三(san)要(yao)素(su)入(ru)手(shou)尋(xun)求(qiu)抑(yi)製(zhi)電(dian)磁(ci)幹(gan)擾(rao)的(de)方(fang)法(fa)。 

 

 

為了解決輸入電流波形畸變和降低電流諧波含量
，開關電源需要使用功率因數校正（PFC）技術。PFC技ji術shu使shi得de電dian流liu波bo形xing跟gen隨sui電dian壓ya波bo形xing
，將jiang電dian流liu波bo形xing校xiao正zheng成cheng近jin似si的de正zheng弦xian波bo。從cong而er降jiang低di了le電dian流liu諧xie波bo含han量liang

，改gai善shan了le橋qiao式shi整zheng流liu電dian容rong濾lv波bo電dian路lu的de輸shu入ru特te性xing
，同tong時shi也ye提ti高gao了le電dian機ji的de功gong率lv因yin數shu。 

 

ruankaiguanjishushijianxiaokaiguanqijiansunhaohegaishankaiguanqijiandiancijianrongtexingdezhongyaofangfa。kaiguanqijiankaitongheguanduanshihuichanshenglangyongdianliuhejianfengdianya，zheshikaiguanguanchanshengdianciganraojikaiguansunhaodezhuyaoyuanyin。shiyongruankaiguanjishushikaiguanguanzailingdianya、零電流時進行開關轉換可以有效地抑製電磁幹擾。 

 

 

電源線幹擾可用電源線濾波器濾除，整流逆變器EMI濾波器基本電路見圖5。一個合理有效的整流逆變器EMI濾波器應該對電源線上差模幹擾和共模幹擾都有較強的抑製作用。在圖5中和叫做差模電容，叫做共模電感

，和叫做共模電容。差模濾波元件和共模濾波元件分別對差模和共模幹擾有較強的衰減作用。 

 

共模電感是在同一個磁環上由繞向相反、匝(za)數(shu)相(xiang)同(tong)的(de)兩(liang)個(ge)繞(rao)組(zu)構(gou)成(cheng)。通(tong)常(chang)使(shi)用(yong)環(huan)形(xing)磁(ci)芯(xin)，漏(lou)磁(ci)小(xiao)，效(xiao)率(lv)高(gao)
，但(dan)是(shi)繞(rao)線(xian)困(kun)難(nan)。當(dang)市(shi)網(wang)工(gong)頻(pin)電(dian)流(liu)在(zai)兩(liang)個(ge)繞(rao)組(zu)中(zhong)流(liu)過(guo)時(shi)為(wei)一(yi)進(jin)一(yi)出(chu)，產(chan)生(sheng)的(de)磁(ci)場(chang)恰(qia)好(hao)抵(di)消(xiao)，使(shi)得(de)共(gong)模(mo)電(dian)感(gan)對(dui)市(shi)網(wang)工(gong)頻(pin)電(dian)流(liu)不(bu)起(qi)任(ren)何(he)阻(zu)礙(ai)作(zuo)用(yong)，可(ke)以(yi)無(wu)損(sun)耗(hao)地(di)傳(chuan)輸(shu)。如(ru)果(guo)市(shi)網(wang)中(zhong)含(han)有(you)共(gong)模(mo)噪(zao)聲(sheng)電(dian)流(liu)通(tong)過(guo)共(gong)模(mo)電(dian)感(gan)
，這(zhe)種(zhong)共(gong)模(mo)噪(zao)聲(sheng)電(dian)流(liu)是(shi)同(tong)方(fang)向(xiang)的(de)
，流(liu)經(jing)兩(liang)個(ge)繞(rao)組(zu)時(shi)，產(chan)生(sheng)的(de)磁(ci)場(chang)同(tong)相(xiang)疊(die)加(jia)，使(shi)得(de)共(gong)模(mo)電(dian)感(gan)對(dui)幹(gan)擾(rao)電(dian)流(liu)呈(cheng)現(xian)出(chu)較(jiao)大(da)的(de)感(gan)抗(kang)，由(you)此(ci)起(qi)到(dao)了(le)抑(yi)製(zhi)共(gong)模(mo)幹(gan)擾(rao)的(de)作(zuo)用(yong)。

 

實shi際ji使shi用yong中zhong共gong模mo電dian感gan兩liang個ge電dian感gan繞rao組zu由you於yu繞rao製zhi工gong藝yi的de問wen題ti會hui存cun在zai電dian感gan差cha值zhi，不bu過guo這zhe種zhong差cha值zhi正zheng好hao被bei利li用yong作zuo差cha模mo電dian感gan。所suo以yi
，一yi般ban電dian路lu中zhong不bu必bi再zai設she置zhi獨du立li的de差cha模mo電dian感gan了le。共gong模mo電dian感gan的de差cha值zhi電dian感gan與yu電dian容rong及構成了一個∏型濾波器。這種濾波器對差模幹擾有較好的衰減。 

 

除共模電感以外

，圖5中的電容及也是用來濾除共模幹擾的。共模濾波的衰減在低頻時主要由電感器起作用，而在高頻時大部分由電容及起作用。電容的選擇要根據實際情況來定，由於電容接於電源線和地線之間
，承受的電壓比較高
，所以
，需要有高耐壓、低漏電流特性。 

 

差模幹擾抑製器通常使用低通濾波元件構成，最簡單的就是一隻濾波電容接在兩根電源線之間而形成的輸入濾波電路（如圖5中電容），隻zhi要yao電dian容rong選xuan擇ze適shi當dang
，就jiu能neng對dui高gao頻pin幹gan擾rao起qi到dao抑yi製zhi作zuo用yong。該gai電dian容rong對dui高gao頻pin幹gan擾rao阻zu抗kang甚shen低di
，故gu兩liang根gen電dian源yuan線xian之zhi間jian的de高gao頻pin幹gan擾rao可ke以yi通tong過guo它ta，它ta對dui工gong頻pin信xin號hao的de阻zu抗kang很hen高gao，故gu對dui工gong頻pin信xin號hao的de傳chuan輸shu毫hao無wu影ying響xiang。該gai電dian容rong的de選xuan擇ze主zhu要yao考kao慮lv耐nai壓ya值zhi，隻zhi要yao滿man足zu功gong率lv線xian路lu的de耐nai壓ya等deng級ji，並bing能neng承cheng受shou可ke預yu料liao的de電dian壓ya衝chong擊ji即ji可ke。為wei了le避bi免mian放fang電dian電dian流liu引yin起qi的de衝chong擊ji危wei害hai
，電容容量不宜過大，一般在0.01～0.1μF之間。電容類型為陶瓷電容或聚酯薄膜電容。

 

 

抑(yi)製(zhi)輻(fu)射(she)噪(zao)聲(sheng)的(de)有(you)效(xiao)方(fang)法(fa)就(jiu)是(shi)屏(ping)蔽(bi)。可(ke)以(yi)用(yong)導(dao)電(dian)性(xing)能(neng)良(liang)好(hao)的(de)材(cai)料(liao)對(dui)電(dian)場(chang)進(jin)行(xing)屏(ping)蔽(bi)
，用(yong)磁(ci)導(dao)率(lv)高(gao)的(de)材(cai)料(liao)對(dui)磁(ci)場(chang)進(jin)行(xing)屏(ping)蔽(bi)。供(gong)電(dian)係(xi)統(tong)中(zhong)的(de)連(lian)接(jie)線(xian)
，電(dian)源(yuan)線(xian)都(dou)應(ying)該(gai)使(shi)用(yong)具(ju)有(you)屏(ping)蔽(bi)層(ceng)的(de)導(dao)線(xian)，盡(jin)量(liang)防(fang)止(zhi)外(wai)部(bu)幹(gan)擾(rao)耦(ou)合(he)到(dao)電(dian)路(lu)中(zhong)。或(huo)者(zhe)使(shi)用(yong)磁(ci)珠(zhu)、磁環等EMC元件，濾除電源及信號線的高頻幹擾，但是
，要注意信號頻率不能受到EMC元件的幹擾，也就是信號頻率要在濾波器的通帶之內。整個供電係統的外殼也需要有良好的屏蔽特性，接縫處要符合EMC規定的屏蔽要求。通過上述措施保證供整流逆變器既不受外部電磁環境的幹擾也不會對外部電子設備產生幹擾。

 

 

如今在電機用途應用越來越廣泛DE的情況下，EMI問題成為了電機運行穩定性的一個關鍵因素，也是一個最容易忽視的方麵。因此，電機供電係統的EMI抑製技術在電機設計中占有很重要的位置。實踐證明，EMI問題越早考慮
、越早解決，費用越小、效果越好。

 

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