直流电机的电磁干扰问题及其抑制

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1、直流电机的电磁干扰问题及其抑制动力与电气工程SClENCE&TECHNOLOGY直流电机的电磁干扰问题及其抑制张岚宋贺赵桂瑾(中国空空导弹研究院河南洛阳471009)摘要:在分析直流电机换向火花产生电磁干扰的原因及其传播途径的基础上,研究和介绍了测量挟向火花电磁干扰的筒易方法,抑制干扰所采取的机械方面的措施和滤波方式.关键词:直流电机电磁干扰滤波中图分类号:0441文献标识码:A文章编号:16723791(2010)02(c)一013102直流电机具有良好的启动和调速性能,但是直流电机在运行时,电刷与换向器之间常产生火花,由此引起的强烈的电磁干扰将影响周围电子设备和通信系统的正常工作,

2、因此需要采取措施进行抑制.1测量原理和方法直流电机产生火花的原因是很复杂的,既有电磁方面的原因,又有机械和化学方面的原因,有时还是各种因素综合的结果.电刷下产生火花时,火花必将向四周辐射.因电刷与负载之间通过导线相连,则火花能量散失中的一部分将从电源导线上反馈回来,导线上体现出来的是火花电压和火花电流.在测试过程中,可用示波器和电流探头搭配检测火花的电流强度代替用频谱分析仪测量火花的磁场强度.将电流探头卡在电源线上,通过示波器观察电源线上火花电流的峰峰值和频率.另用电压探头接20cm长的导线贴在电机外壳上,测量电机周围导线上的感应电压值.此办法直观,而且所用仪器易得.测供电电压为27V时火花电

3、流和导线上感应电压的峰峰值和频率,比较采取各种措施后所发生的变化,测试电机逆时针和顺时针两个方向转动的数据,分别用(+)和(一)表示.示波器上显示波形如图l所示.2抑制火花带来的干扰的措施电机电刷的火花放电是干扰源,可用减小干扰源和切断干扰传播途径两种方法加以抑制,具体方法有三种,一是从电机的电磁原因方面人手,二是从机械方面进行改善,三是在电路中加滤波器件.对体积较小的微特直流电机来说,只采用第二和第图1示波器上波动电流和感应电压的显示表1直流电机采取各种措施后的滤波效果三种方法.2.1消除机械方面的原因直流电机在加工制造或运行维护不好的情况下,会产生火花,可通过调整电刷的压力,将电刷接触面研

4、磨光滑和调整电刷刷片位置来进行改善.2.2电机火花产生的干扰类型及抑制(1)电机火花的干扰类型.人工电磁干扰分为辐射干扰和传导干扰.传导干扰与辐射干扰的界限并不是非常明显,除频率非常低的干扰信号外,许多干扰信号的传播可以通过导体和空间混合传播.在抑制电磁干扰时,往往采取滤波电路.不同结构的滤波电路适合于不同的源阻抗和负载阻抗,但实际电路的阻抗很难估算,在实际中,哪一种滤波器有效主要靠试验的结果确定.对于传导干扰,按其传导模式分为差模干扰和共模干扰.据研究表明在0.15MHz至0.5MHz主要是差模干扰,在0.5MHz至5MHz是差模与共模干扰共同存,5MHz至30MHz主要是共模干扰.直流电机

5、产生的火花的频率在5MHz以上,所以以共模干扰为主,可采用共模扼流圈或电容,这两种滤波器能解决传导干扰问题,同时也是解决辐射干扰的重要武器.(2)电机火花干扰的抑制.共模扼流圈.抑制共模干扰的一种简单的方法就是给怀疑感应有共模干扰的信号线加装共模扼流圈.它的绕制方向相反,线圈中的负载电流因方向相反,所形成的磁场相互抵消,不会出现磁饱和.同样,当出现差模噪声时,也会因极性相反而使磁通互相抵消,因而基本上不起电感作用.当出现共模噪声时,两个线圈所产生的磁通方向相同,使电滤波前波动电流和感应电压只加其樟波器后波动电流和感席电压波动电流感应电压波动电流感应电压(+)400mA(bMHz)1V(50MH

6、z)l00rnA(jMHz)400mV(50MHz)()400mA(3MHz)lV(50MHz)l80mA(MHz)400InV(>0MHz)在电机电刷间焊接0.1的陶瓷电容,电机线只在电机电刷闾焊接0.】的陶瓷电容间加共模滤波器后的波动电流和感应电压后的波动电流和感应电压波动电流感应电压波动电流感序电压(*)50mA(50MHz)500mV(0MHz)70inA(50MHz)700mV(5OMHz)()8OII1A(50MHz)800tnV(50MHz)180mA(50MHz)1V(5OMHz)(下转133页)科技资讯SCIENCE&TECHNOLOGYtNFORMATION1

7、3动力与电气工程SCIENCE&TECHNOLOGY元件是否正常工作,进而检查通风机的配线是否出现故障,连接处是否有断线或松动;最后测量各线圈电阻间的阻值,判断电动机是否烧损.(2)风量小现象可能是由于电源的相位相反,而造成了通风机的反转;或者是过滤网堵塞和蒸发器堵塞,从而造成出风的口风量小;还有可能是风叶的螺丝松动,使其转速下降.(3)由于机组的排水口堵塞或机组安装不良而造成出风IZl或回风I:1漏水.这种情况应及时处理排水Iq的脏物,检查车顶和机组底部的密封胶条是否漏水,进一步检查是否从新风道带入了水,并针对以上情况进行补救处理.2实际运用中25G型空调常见故障及处理2.1实际故障

8、以25G型车为例,本人在工作中发现,白天当车外温度处于在36附近时,车内温度一般可以控制在3l32范围内,空调一直处于工作状态.然而夜晚,空调常会亮起故障灯,而且车内温度也不下降.对此,先是检查了机组的滤尘网,发现有堵塞现象,但对该机组所以的滤尘网都进行了清洗该后,故障仍存在.当列车进库后,对其进行全面试机,发现机组工作一切正常,风机无反转,也没有出现任何漏泄现象,而且列车也没有超载.当列车空车返程时,再对其进行检测发现机组工作一切正常,在车外温度达33时,一小时后车内温度就降至23,随后并一直维持在23左右,机组制冷效果十分良好,制冷系统也没有出现任何泄露现象.但当列车载客后,空调机组便亮起

9、了故障灯,车内出风口的风量也随之减小,有的甚至不出风.随即便检查了通风机,其工作一切正常,进而打开蒸发器,发现蒸发器表面结冰,混合风无法通过,氟里昂蒸发不完全,导致系统处于低压保护状态,因此故障灯亮了.观察发现,当乘客较少时,空调的制冷效果还勉强可以维持;一旦乘客增多,外温超过了35,车内温度就无法下降了.2.2故障处理立即关机,清除掉蒸发器上的灰尘,再开机检测,车内的温度有些许的下降,但制冷效果仍然欠佳,无法满足乘客的舒适度要求.待列车进库后,从车顶打开空调机组的顶盖,从车厢内看蒸发器,发现蒸发器严重堵塞.当即对蒸发器进行清洗,再跟车试机,无论载客多少空调制冷效果都保持良好,故障消失.此后,

10、将其它制冷效果不好的25G型车的蒸发器进行清洁后,其故障普遍消失.因此,蒸发器堵塞是造成25G型车空调故障的重要原因之一.2.3建议(1)25G型车的空调机组蒸发器极易堵塞,根本原因在于蒸发器前没有安装混合风的过滤网.因此,可以在蒸发器前面安装一道混合风过滤网,消除其设计缺陷,并对其定期加以清洗.(2)空调机组在检修时,可以充分利用机组落地的有利条件,对冷凝器,蒸发器等机组换热器进行彻底清洗,用高压风将车内风道吹干净,用玻璃胶将密封不好的地方重新密封,从而有利于制冷效果的提高.(3)当铁路空调客车的使用年限超过10年以后,在进行厂修时应对空调机组进行及时的更换.对于还没有达到厂修期的但运行状态

11、又差的机组,需及时更换部件.(4)对于开往温度较高地方的列车,特别是夏季,外界长期高温,可以根据列车运行的路线,使此类列车的空调装置处于尽可能好的状态,以免因高温制冷效果不好而影响乘客的舒适度,甚至造成中暑等严重后果.(5)应加强维护铁路列车的空调机组,在每年的列车整修时要开盖对空调机组进行检查,特别是在即将投入使用前,要对蒸发器,冷凝器等部件进行彻底地清洗,以保证机组部件的换热效果处于良好状态.3结语列车的空调装置系统十分复杂,其内部的部件在运行过程中无法用肉眼直接观察到.一种故障的出现,一般是由几种原因综合造成的.本文对空调装置在运用中的故障及处理方法进行了说明,并对故障进行了系统的分类分

12、析,还制定了相应的处理方案,进一步的提出了建议.这对我国铁路客运的发展有着十分重要的意义,我们在日常维修中还需多加总结,具体情况,具体分析.参考文献1卢毓俊.客车空调装置【M.铁道出版社,2007.2】滕兆武,王刚.车辆制冷与空气调节M】.北京:中国铁道出版社,1993.3马汉伦.铁道车辆空调与制冷装置IS】.北京:中国铁道出版社,l997.4】袁锋,胡益雄.我国铁路客车空调的现状及改进探讨j.制冷空调与电力机械,2002(3):1113.5】陈焕新,杨培志,赵向红.空调客车中新风量的控制J】.铁道机车车辆,2000(6):2527.【6】周洲.列车空调系统几个现存问题的讨论【J】.制冷与空调

13、,2007,21(3):7476.(上接131页)感作用加倍,因而对线路与地线间的共模噪声起到很强的抑制作用.电容器.电容器是基本的滤波器件,在低通滤波器中作为旁路器件使用.利用它的阻抗随频率升高而降低的特性,起到对高频干扰旁路的作用.但是,在实际使用中一定要注意电容器的非理想性.实际电容的电路是由等效电感(ESL),电容(c)和等效电阻(ESR)构成的串联网络.当角频率为1/LC时,会发生串联谐振,电容值或电感值越大,则谐振频率越低,也就是电容的高频滤波效果越差.电磁兼容设计中使用的电容要求谐振频率尽量高.提高谐振频率的方法有两个,一个是尽量缩短引线的长度,另一个是选用电感较小的种类,从这个

14、角度考虑,陶瓷电容是最理想的一种电容.直流电机采取各种措施后的滤波效果如表1所示.体积小的直流电机无法在电刷上直接焊接电容器,所以可用共模滤波器;体积较大的直流电机采取电刷间焊接0.1F的陶瓷电容,同时电机线间加共模滤波器的方式效果最好3结语电磁干扰是无处不在的,只有对电磁干扰产生的原因进行充分的分析和认识,然后采取相应的抗干扰措施,才可以有效避免和降低电磁干扰对电子设备和电子系统传输的影响.参考文献【1】郭银景.电磁兼容原理及应用M.北京:清华大学出版社,2004.2】陈永真.电容器手册【M】.北京:科学出版社,2008.科技资讯SCIENCE&TECHNOLOGYINFORMATION】33