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1.現(xiàn)象描述:電動機的“電磁煙花秀”

 

某車載直流電機在輻射測試中上演驚魂時刻——180MHz頻段左右炸出超標(biāo)尖峰，如下圖所示：

頻譜圖像被點燃了的煙花，工程師調(diào)參到手軟，超標(biāo)點卻穩(wěn)如泰山！

 

詭異現(xiàn)象：

 

電刷切換瞬間頻譜劇烈抖動，像心電圖室顫

 

4μH電感+0.1μF電容組合形同虛設(shè)

 

濾波電路竟安裝在電刷隔壁，堪稱“噪聲VIP觀景位”

 

2.原因分析：電刷的“火花狂歡”

 

第一幕：電刷的電磁暴走

 

解剖電機發(fā)現(xiàn)致命設(shè)計：

 

[噪聲生成流水線]  

 

電刷斷開 → 線圈反電動勢 → 空氣放電 → 高頻噪聲 → 耦合到電源線  

 

關(guān)鍵證據(jù)：

 

電刷切換產(chǎn)生放電現(xiàn)象，放電會產(chǎn)生高頻噪聲

 

濾波電路環(huán)路包圍電刷，完美接收電磁轟炸

 

如下圖所示為電機的實物圖：

 

帶電刷的電動機, 由于在電刷切換時, 電動機線圈中的電流不能突變, 當(dāng)一路線圈通電斷開時, 會在該線圈的兩端產(chǎn)生較高的反向電動勢。

 

這個電動勢會在附近的回路中產(chǎn)生放電現(xiàn)象, 放電產(chǎn)生的瞬態(tài)電流具有較陡的上升沿, 伴隨著高頻噪聲, 并且這種噪聲在幅度和頻率上有很大的隨機性? 

 

當(dāng)這些高頻噪聲耦合到電源線或其他較長的未接地導(dǎo)體時, 就會產(chǎn)生輻射。

 

這就是本次輻射的原因所在。

 

下圖是拆開后的電動機實物圖：

 

如下圖所示的是電流的直流供電口的濾波電路原理圖：

 

圖中濾波電路中的電感L1 ? L2 直接與電刷串聯(lián)? 

 

電感的作用是防止當(dāng)電刷通過換向片間隙時流進電刷電流的突然變化, 電感量約為4μH?

 

串聯(lián)在電路中的電感和對地的旁路電容C2 ? C3 組合起來構(gòu)成一個低通濾波器, 這樣就可以增強單個電感或電容的濾波效果。

 

第二幕：濾波器的“位置陷阱”

 

死亡布局：濾波電路環(huán)繞電刷，化身環(huán)形天線

 

電容引線：6cm引線電感≈6nH，180MHz時阻抗6.78Ω（遠超電容自身0.08Ω）

 

金屬外殼：表面噴漆會導(dǎo)致接地阻抗很大，屏蔽效果歸零

 

從上面三幅圖可以看出, 該電動機的濾波電路, 物理位置正好處于電動機的電刷 (放電騷擾源) 中? 

 

因此, 電刷火花放電使產(chǎn)生的近場噪聲通過電磁耦合的方式耦合到濾波電路的環(huán)路中, 使濾波電路失效?

 

3.處理措施：給電機裝上“電磁靜音器”

 

電磁靜音四板斧

 

1.乾坤大挪移：

 

將濾波電路遷移至電動機電刷的一邊，消除濾波電路組成的環(huán)路正好落在電刷當(dāng)中。

 

效果類比：電刷跳出敵人包圍圈

 

2.銅箔護體：

 

電刷區(qū)域包裹銅箔屏蔽層（防止電刷放電產(chǎn)生的電磁波通過空間傳播到電源線上），接地點打磨至金屬本色

 

實戰(zhàn)技巧：用導(dǎo)電泡棉臨時固定，5分鐘驗證效果

 

3.電容手術(shù)：

 

引線長度砍到1cm內(nèi)，改用貼片陶瓷電容

 

阻抗對比：180MHz時總阻抗從6.78Ω→0.88Ω

 

4.電刷柔術(shù)：

 

更換石墨-銅復(fù)合電刷，脈沖幅度降低

 

副作用預(yù)警：壽命縮短，需加強磨損監(jiān)測

 

4.思考與啟示：濾波設(shè)計的“空間哲學(xué)”

 

血淚經(jīng)驗包

 

1.距離不一定產(chǎn)生美：

 

濾波電路與噪聲源間距盡量小，這消除了任何額外的引線長度， 使噪聲回到噪聲源的阻抗最小， 具有最佳的濾波效果

 

黃金法則：濾波器件安裝位置比參數(shù)更重要

 

2.引線是原罪：

 

1cm引線在180MHz=1.1Ω，堪比小型電感

 

優(yōu)先選用三端子穿心電容（阻抗降低90%）

 

3.金屬外殼≠屏蔽：

 

噴漆層可以使屏蔽效能下降，接地點需激光除漆

 

要良好接地

 

舉一反三技巧

 

遇到高頻輻射超標(biāo)，先用銅箔包裹疑似耦合路徑

 

用近場探頭掃描濾波電路周邊，定位電磁熱點

 

電刷類設(shè)備優(yōu)先采用金屬封閉式結(jié)構(gòu)+導(dǎo)電潤滑脂