串激电机EMC的原理及基本整改

一 什么是EMC

电磁兼容性（EMC，即Electromagnetic Compatibility）是指设备或系统在其电磁环境中符合要求运行并不对其环境中的任何设备产生无法忍受的电磁干扰的能力。因此，EMC包括两个方面的要求：一方面是指设备在正常运行过程中对所在环境产生的电磁干扰（Electromagnetic Disturbance）不能超过一定的限值；另一方面是指器具对所在环境中存在的电磁干扰具有一定程度的抗扰度，即电磁敏感性（Electromagnetic Susceptibility）。

自从电子系统降噪技术在70年代中期出现以来，主要由于美国联邦通讯委员会在1990年和欧盟在1992提出了对商业数码产品的有关规章，这些规章要求各个公司确保它们的产品符合严格的磁化系数和发射准则。符合这些规章的产品称为具有电磁兼容性EMC(Electromagnetic Compatibility)。

 二 EMC的历史

   过去在军事领域之外，对于电磁兼容性的研究并不严谨，而且大多数设备制造商并不关心电磁兼容性问题。但随着使用更低信号电压的现代数字设备的时钟频率迅速增高，电磁兼容性问题变得越来越重要。许多国家意识到这个凸现的问题，并对相关设备制造商颁布了政令，要求只有满足基本条件的设备才能够销售。

   各国的相应的组织机构开始制定标准并维护政府指令，其中较为知名的国家组织有：美国的FCC、欧洲的CEN、CENELEC和ETSI及英国的BSI。还有众多国际组织致力于“推进各项标准化问题的国际合作”，当然也包含电磁兼容性标准。

 其中最重要国际组织是国际电工委员会（International Electrotechnical Commission，IEC），它拥有多个电磁兼容性问题的全职分会。在IEC中协调这些分会的是ACEC，电容兼容性问题的顾问委员会。

 三 EMC的危害

    1）1967年美军军舰上的高功率雷达发射的射频能量耦合到一台装在飞机上的导弹火箭的电机驱动电路，导致该电机启动，点燃导弹火箭，并使甲板上的其他导弹都触发。造成134人丧失，高达7200亿美元的损失；

2）1980年德国的一个陆地发射台发射的射频能量，干扰一台航空电子设备，导致一架军用飞机爆炸；

3）生活中，PG超凡国际看电视的时候，如果旁边有人使用电吹风或电剃须刀之类的家用电器，屏幕上会出现令人烦感的雪花条纹。电饭锅煮不熟米饭，明明关闭了的空调器，过一会却又自己启动。

四 EMC简介

电磁兼容（EMC）是在有限的空间、时间、频谱资源条件下，各种用电设备（广义还包括生物体）可以共存，并不致引起降级的一门学科。它包括电磁干扰和电磁敏感度两部分，电磁干扰测试是测量被测设备在正常工作状态下产生并向外发射的电磁波信号的大小来反应对周围电子设备干扰的强弱。电磁敏感度测试是测量被测设备对电磁骚扰的抗干扰的能力强弱。电磁干扰主要包括辐射发射和传导发射。

电磁兼容（EMC）是对电子产品在电磁场方面干扰大。‥MI）和抗干扰能力（EMS）的综合评定，是产品质量最重要的指标之一，电磁兼容的测量由测试场地和测试仪器组成。

EMC包含两大项：EMI（干扰）和 EMS(敏感度，抗干扰）
EMI测试项包括：

l RE（辐射，发射）

l CE(传导干扰）

l Harmonic（谐波）

l Flicker (闪烁)

EMS测试项包括：

l ESD （静电）

l EFT（瞬态脉冲干扰）

l DIP(电压跌落）

l CS（传导抗干扰）

l RS（辐射抗干扰）

l Surge（浪涌，雷击）

l PMS(工频磁场搞扰度）

五 电磁干扰介绍

电磁干扰(Electromagnetic Interference)，简称EMI，有传导干扰和辐射干扰两种。传导干扰主要是电子设备产生的干扰信号通过导电介质或公共电源线互相产生干扰;辐射干扰是指电子设备产生的干扰信号通过空间耦合把干扰信号传给另一个电网络或电子设备。为了防止一些电子产品产生的电磁干扰影响或破坏其它电子设备的正常工作，各国政府或一些国际组织都相继提出或制定了一些对电子产品产生电磁干扰有关规章或标准，符合这些规章或标准的产品就可称为具有电磁兼容性EMC(Electromagnetic Compatibility)。电磁兼容性EMC标准不是恒定不变的，而是天天都在改变，这也是各国政府或经济组织，保护自己利益经常采取的手段。

六 电磁干扰的形成

  1）干扰源与受干扰源

    无论何种情况下电磁相容的问题出现总是存在两个互补的方面：一个是干扰发射源和一个为此干扰敏感受干扰设备。如果一个干扰源与受干扰设备都处于同一设备中称为系统内部的EMC情况，不同设备间所产生的干扰状况称为系统间的EMC情况。大多数的设备中都有类似天线的特性的零件如：电缆线、PCB布线、内部配线、机械结构等这些零件透过电路相耦合的电场、磁场或电磁场而将能量转移。实际情况下设备间货设备内部的耦合受到了屏蔽与绝缘材料的严重而绝缘材料的吸收与刀头相比的影响是微不足道的。电缆线对电缆线的耦合既可以是电容性也可以是电感性并且取决于方位、长度及接近程度的影响。

   2）公共阻抗的耦合

    公共阻抗耦合线路是干扰源与受干扰设备共用电路阻抗所引起的。公共导线也因两个电流环之间的互感而引起或因两个电压节点之间的互容耦合而引起。对于传导性的公共阻抗耦合的解决是将连接线分离使系统各自独立避免形成公共阻抗。

   3）发射

     来自PCB的发射：在大多数设备中主要的电流源是流入PCB板上的电路中这些能量借由PCB板所模拟成的天线而将干扰辐射出去。

     来自电缆线的辐射：干扰电流以共模形式产生于在PCB和设备其他位置形成的对地噪声并沿着导体或者屏蔽电缆的屏蔽层流动。

     传导发射：干扰也可能从其他电缆以感性或容性方式偶合到电缆线上。

产生的干扰可能以差模(在火线与中线或在信号线之间)或共模(在火线/中线/信号线与接地间)或者以二者的混合形式出现。对于电源部埠需要测量每一个相线/中线与在电源电缆远端地之间的电压。差模发射通常与来自电源的低频开关噪声联系在一起。共模发射则是由于更高频率的开关元件、内部电路源或电缆的内部偶合引起的。电路的分布电容分布广泛。若没有屏蔽物体的话,取决于与其他物体接近的程度。由于周围环境有较高的电容,部分屏蔽的机壳实际上会使耦合更加严重恶化。

七 EMC整改

首先，要根据实际情况对产品进行诊断，分析其干扰源所在及其相互干扰的途径和方式。再根据分析结果，有针对性的进行整改。

一般来说主要的整改方法有如下几种。

1?减弱干扰源?

在找到干扰源的基础上，可对干扰源进行允许范围内的减弱，减弱源的方法一般有如下方法：

1）在IC的Vcc和GND之间加去耦电容，该电容的容量在0.01μF~0.1μF之间，安装时注意电容器的引线，使它越短越好。

2）在保证灵敏度和信噪比的情况下加衰减器。如VCD、DVD视盘机中的晶振，它对电磁兼容性影响较为严重，减少其幅度就是可行的方法之一，但其不是唯一的解决方法。

3）还有一个间接的方法就是使信号线远离干扰源。

2?电线电缆的分类整理?

在电子设备中，线间耦合是一种重要的途径，也是造成干扰的重要原因，因为频率的因素，可大体分为高频耦合与低频耦合。因耦合方式不同，其整改方法也是不同的，下边分别讨论：

1）低频耦合?

低频耦合是指导线长度等于或小于1/16波长的情况，低频耦合又可分为电场和磁场耦合，电场耦合的物理模型是电容耦合，因此整改的主要目的是减小分布耦合电容或减小耦合量，可采用如下的方法：

l 增大电路间距是减小分布电容的最有效的方法；?

l 追加高导电性屏蔽罩，并使屏蔽罩单点接地能有效的抑制低频电场干扰；

l 追加滤波器可减小两电路间的耦合量；

l 降低输入阻抗，例如CMOS电路的输入阻抗很高，对电场干扰极其敏感，可在允许范围内在输入端并接一个电容或阻值较低的电阻。?

?磁场耦合的物理模型是电感耦合，其耦合主要是通过线间的分布互感来耦合的，因此整改的主要方法是破坏或减小其耦合量，大体可采用如下的方法：

l 追加滤波器，在追加滤波器时要注意滤波器的输入输出阻抗及其频率影响；

l 减小敏感回路的环路面积，即尽量使信号线货载流线与其回路线靠近或扭绞在一体；

l 增大两电路间距，以便减少线间互感来减低耦合量；

l 若有可能，尽量使敏感回路与源回路平面正交或接近正交来降低两电路的耦合量；

l 用高导磁材料来包扎敏感线，可有效的解决磁场干扰问题，值得注意的是要构成闭合磁路，努力减小磁路的磁阻将会更加有效。

2）高频耦合

  高频耦合是指大于1/4波长的走线由于电路中出现电压和电流的驻波，会使耦合量增强，可采用如下的方法加以解决：

l 尽量缩短接地线，与外壳接地尽量采用面接触的方式；

l 重整滤波器的输入输出线，防止输入输出线间耦合，确保滤波器的滤波效果不变差

l 屏蔽电缆屏蔽层采用多点接地

l 将连接器的悬空插针接到地电位，防止其天线效应

3. 改善地线系统

理想的地线是一个零阻抗，零电位的物理实体，它不仅是信号的参考点，而且电流流过时不会产生电压降。在具体的电器电子设备中，这种理想地线是不存在的，档电流流过地线时必然会产生电压降，据此可根据地线中干扰成机理可归结为以下两点，第一，减小低阻抗和电源馈线阻抗。第二，正确选择接地方式和阻隔地环路，按接地方式来分有悬浮地、单点接地、多点接地、混合接地。如果敏感线的干扰主要来自外部空间或系统外壳，此时采用悬浮地的方式加以解决，但是悬浮地设备容易产生静电积累，当电荷达到一定程度后，会产生静电放电，所以悬浮地不宜用于一般的电子设备。单点接地适用于低频电路，为防止工频电流及其他杂散电流在信号地线上各点之间产生电位差，信号地线与电源及安全地线隔离，在电源线接大地处单点接线。单点接地主要适用于频率低于3MHz的情况。多点接地是高频信号唯一实用的接地方式，在射频时会呈现传输线特性，为使多点接地的有效性，当接地导线长度超过最高频率1/8波长时，多点接地需要一个等电位接地平面。多点接地适用于300KHz以上。混合接地适用于既有高频又有低频的电子线路中。

4 屏蔽

屏蔽是提高电阻系统和电子设备电磁兼容性的重要措施之一，它能有效的抑制通过空间传播的各种电磁干扰。屏蔽按机理可分为磁场屏蔽及电磁屏蔽。电场屏蔽应注意以下几点：

l 选择高导电性能的材料，并且要有良好的接线；

l 正确选择接地点及合理的形状，最好是屏蔽体直接接地。

磁场屏蔽通常只是指针对直流或甚低频磁场的屏蔽，其屏蔽效能远不如电场屏蔽和电磁屏蔽，磁屏蔽往往是工程的重点，磁屏蔽时：

l 要选用铁磁性材料

l 磁屏蔽体要远离有磁性的元件，防止磁短路

l 可采用双层屏蔽甚至三层屏蔽

l 屏蔽体上边的开孔要注意开孔的方向，尽可能使缝的长边平行于磁场流向，使磁路长度增加最少。

一般来说，磁屏蔽不需要接地，但为防止电场感应，还是接地好。电磁场在通过金属或对电磁场有衰减兼用的阻挡体时，会受到一定程度的衰减，即产生对电磁场的屏蔽作用。在实际的整改过程中视具体需要而选择何种屏蔽及屏蔽体的形状、大小、接地方式等。

5. 改变电路板的布线结构

有些频率点是通过电路板上走线分布参数所决定的，通过前述方法不大有用，此类整改通过在走线中增加小的电感、电容、磁珠来改变电路参数结构，使其移动到限值要求较高的频率点上。对于这类干扰，想要从根本上解决其影响，就要重新布线。

八 AC小家电电机EMC基本整改

1. AC小家电电机EMC测试标准可参考EN 55014

2. AC电机EMC测试主要测试RP（辐射）和CE（传导干扰）

   1）CE为低频，测试频率在0.15~30MHz之间，分零线和火线

频率在0.15~0.5MHz之间差模干扰为主，可在电源线上并联X2电容，通过改变X2电容容量的大小来改善，对于电机来说，X2电容尽量放置在本体里面。频率在0.5~30MHz之间差、共模干扰共存，可增加Y2电容，通过调整Y2电容容量大小来改善。 电容在电路中的作用：具有阻断直流，连通交流，阻止低频的特性。

  2）RP为高频，测试频率在30~3000MHz之间（如下图）

频率在30~3000MHz之间共模干扰为主，可在线圈中串联电感，通过改变电感量的大小来改善，电感的主要作用具有阻断交流，连通直流，阻止高频的特性。

3. 另外还有几种办法可做调整：

  1）换向器的车削，减小换向器车削的刀纹数、圆度、片间跳动；

  2）选用有抗EMC功能的碳刷（密度低，电阻率大），可将碳刷端面做出锯齿状；

  3）调整电机绕线参数，适当降低马达性能。

总结：在对电机进行EMI整改的时候，不要指望某一个器件就可以解决全部问题。因为电机的辐射问题包含了整个频段，没有那个器件的滤波频段是可以实现这么大的，PG超凡国际需要对测试进行分析后，再有针对性的进行整改。除此之外，还可以从电机本身的材质与结构进行一些细微的调整，例如：将电机的碳刷和换向器的含铜量降低，等等。因为整个辐射究其根本还是电机本身引起的，从病根上解决问题才是最有效的，外部辅助电路也是为了降低电机的辐射而存在的，所以研发电机的时候，就应该确认电机的一些参数搭配，怎么才能最大化的降低EMI问题，而不是生产出来后再进行整改！