現代工業中的各個機床設備的動能結構大多數都是由電機進行驅動的。電機驅動相對于油動和氣動有很多先天的優勢。但也有個明顯的劣勢，EMC電磁兼容性會受到挑戰。本文著重分析電機以及控制系統中典型EMC干擾源的工作原理。

國標GB 12668也對變頻器等電氣傳動調速系統的EMC試驗進行了規范。

這些干擾源主要是由于變頻器內部的基礎非線性元件產生的。

由非線性元件組成的非線性電路有6個特色，這些特點也是產生EMC干擾的主要原因:

1.穩態不唯一

線性電路通常只有一個穩態。但有些非線性電路的穩態可以不止一個。例如，用刀開關斷開某個直流電路，當開關的刀和固定觸頭之間的距離不夠大（例如距離為d）時,刀與觸頭之間可以出現穩定的電弧，電路中有電流，這是電路的一個穩態；增加上述距離使電弧熄滅后,再使此距離減少到d,卻見不到電弧,電路中沒有電流，這是另一個穩態。電弧的非線性特性使這個電路有兩個穩態。電路處于何種穩態由起始條件決定。

2.自激振蕩

在含有直流獨立電源的線性電路中，穩態下的電壓、電流是不隨時間變化的直流電壓、直流電流。但在有些非線性電路里，獨立電源雖然是直流電源，電路的穩態電壓(或電流)卻可以有周期變化的分量，電路里出現了自激振蕩。例如，音頻信號發生器的自激振蕩電路中因有放大器這一非線性元件而成為非線性電路。這個電路可以產生其波形接近正弦的周期振蕩。自激振蕩可以分為兩種。

①軟激勵：電路接通后就能激起振蕩。

②硬激勵：電路接通后，一般不能激起振蕩，電路處于直流穩態。必須另外加一個幅度較大、作用時間很短的激勵，電路里才會激起振蕩。在這樣的電路中便有兩個穩態：一個是直流穩態，一個是含周期振蕩的穩態。

3.諧波

正弦激勵作用于非線性電路而且電路有周期響應時，響應的波形一般是非正弦的。響應中可以含有頻率高于激勵頻率的高次諧波分量，也可以有頻率低于激勵頻率的次諧波分量。整流電路中的電流常會有高次諧波分量。將鐵心線圈和合適的電容器串聯接到正弦電壓源上，構成鐵磁諧振電路，其中的電流可含有頻率是電源頻率1/3的次諧波分量，稱1/3次諧波。

4.跳躍現象

電路的響應與電路的各種參數有關。電阻、電感、正弦電源的振幅和頻率都是參數。當某個參數有微小變化時，響應一般也有微小變化。但在非線性電路里，當參數改變到分岔值時，響應會突變，出現跳躍現象。考慮一個有合適電容值的鐵磁諧振電路，以正弦電壓源的有效值U 作為控制參數。平滑地、緩慢地改變U 時,電流有效值I一般隨之平滑地變化，圖中兩條實線表示這種變化。當U由大于U2的值減少到分岔值U1時,電流會突然減少。電流跳躍性變化用圖中虛線表示。平滑地改變電源的頻率，也可以看到類似的現象。

5.頻率捕捉

正弦激勵作用于自激振蕩電路時，看來有兩種頻率的振蕩在電路里起作用，一個是激勵的頻率，一個是自激振蕩頻率。但當二者相差很小時，電路里只存在頻率為激勵頻率的振蕩：響應與激勵同步。這種現象稱為頻率捕捉。

6.混沌

非線性電路可以出現的一種穩態響應波形，看似無規律可循，類似隨機輸出。它的頻譜中有連續頻譜成分。響應對起始條件極為敏感。在兩組相差極微小的起始條件下，經過較長的時間以后兩個響應的波形差別很大。這種穩態響應是一種混沌現象。在三階（或三階以上）自治電路和二階（或二階以上）非自治電路里可以出現混沌。低階電路的混沌常作為理論研究對象。

內燃機是可以加大油門或者通過變速裝置來調節轉速，那電機的旋轉速度為什么能夠自由地改變？

電機旋轉速度單位為r/min每分鐘旋轉次數，也可表示為rpm.

例如：2極電機50Hz 3000[r/min]

感應式交流電機（以后簡稱為電機）的旋轉速度近似地取決于電機的極數和頻率。由電機的工作原理決定電機的極數是固定不變的。由于該極數值不是一個連續的數值（為2的倍數，例如極數為2，4，6），所以一般不適合通過改變該值來調整電機的速度。

電機轉速簡化為：

n=60f/p

n:同步速度

f:電源頻率

p:電機極對數

因此，以控制頻率為目的的變頻器，為電機調速設備的優選設備。

變頻器工作原理：

圖1.1

目前，通用型變頻器絕大多數是交—直—交型變頻器，通常尤以電壓器變頻器為通用，它是變頻器的核心電路，由整流回路（交—直交換），直流濾波電路（能耗電路）及逆變電路（直—交變換）組成，當然還包括有限流電路、制動電路、控制電路等組成部分。

圖1.2

1）整流電路

如圖1.2所示，通用變頻器的整流電路是由三相橋式整流橋組成。它的功能是將工頻電源進行整流，經中間直流環節平波后為逆變電路和控制電路提供所需的直流電源。三相交流電源一般需經過吸收電容和壓敏電阻網絡引入整流橋的輸入端。網絡的作用，是吸收交流電網的高頻諧波信號和浪涌過電壓，從而避免由此而損壞變頻器。當電源電壓為三相380V時，整流器件的最大反向電壓一般為1200—1600V，最大整流電流為變頻器額定電流的兩倍。

2）濾波電路

逆變器的負載屬感性負載的異步電動機，無論異步電動機處于電動或發電狀態，在直流濾波電路和異步電動機之間，總會有無功功率的交換，這種無功能量要靠直流中間電路的儲能元件來緩沖。同時，三相整流橋輸出的電壓和電流屬直流脈沖電壓和電流。為了減小直流電壓和電流的波動，直流濾波電路起到對整流電路的輸出進行濾波的作用。

通用變頻器直流濾波電路的大容量鋁電解電容，通常是由若干個電容器串聯和并聯構成電容器組，以得到所需的耐壓值和容量。另外，因為電解電容器容量有較大的離散性，這將使它們隨的電壓不相等。因此，電容器要各并聯一個阻值等相的勻壓電阻，消除離散性的影響，因而電容的壽命則會嚴重制約變頻器的壽命。

3）逆變電路

逆變電路的作用是在控制電路的作用下，將直流電路輸出的直流電源轉換成頻率和電壓都可以任意調節的交流電源。逆變電路的輸出就是變頻器的輸出。

最常見的逆變電路結構形式是利用六個功率開關器件（GTR、IGBT、GTO等）組成的三相橋式逆變電路，有規律的控制逆變器中功率開關器件的導通與關斷，可以得到任意頻率的三相交流輸出。

逆變器：將直流電轉換成交流電的電力電子裝置，其輸出電壓為非正弦波，輸出電

流近似正弦。

更為直觀的電路圖：

附錄--電機參數說明：

電機極對數（P）： 三相交流電機電機相關參數說明每組線圈都會產生N、S磁極，每個電機每相含有的磁極個數就是極數，由于磁極是成對出現的，所以電機有2、4、6、8……極之分

空載轉速（N）： 電機正常通電無負載狀態的轉速n=60f/p。（單位：rpm或轉/分鐘或r/min)

額定轉速（nN）： 額定運行時，額定負載下的轉數。（單位 r/min ）

負載轉速： 電機在負載力矩下的轉速。（單位：rpm或 轉/分鐘或r/min）

空載電流： 電機正常通電無負載狀態的電流。（單位：mA 毫安或 A 安）

啟動電流（Ist）： 電動機的起動電流是指電動機接通額定電壓從零速開始起動時輸入的線電流。電動機起動電流一般為其額定電流的5～7倍

負載電流（I）： 電機在負載力矩下的電流。（單位：mA 毫安或 A 安）

額定電流（In）： 額定運行時，規定加在定子繞組上的線電流。（單位：mA 毫安或 A 安）

堵轉電流（IA）： 電動機在額定電壓、額定頻率和轉子堵住時從供電回路輸入的穩態電流有效值，即電機遭到堵轉停止時候的最大電流。（單位：mA 毫安或 A 安）

起動轉矩（Tst）： 當給處于停止狀態下的交流異步電動機加上電壓時的瞬間，交流異步電動機產生的轉矩稱為起動轉矩。起動轉矩大小與電壓的平方成正比、與電動機的漏電抗有關，還隨轉子電阻的增大而增大。

額定轉矩（Tn）： 電動機在額定電壓、額定頻率下能長期工作，軸上輸出的最大允許轉矩，（單位N.M或kgf.cm）

負載力矩： 電機負載測試時候的額定扭矩，僅用于測試參考。（單位：g-cm 克每厘米或kg-cm 公斤每厘米）

堵轉力矩： 又叫啟動扭力，為電機所能承受的最大扭力標準，超過該扭力，電機將停轉或堵轉。（單位：g-cm 克每厘米或kg-cm 公斤每厘米）

堵轉轉矩（TK）： 電動機在額定電壓、額定頻率和轉子堵住時所產生轉矩的最小測得值（單位N.M或kgf.cm）

最大轉矩（Tmax）： 也叫停轉轉矩，是電動機在額定電壓、額定頻率和運行溫度下，轉速不發生突降時所產生的最大轉矩，如果負載轉矩大于電動機的最大轉矩，電動機就不能啟動（單位N.M或kgf.cm）

過載能力： 最大轉矩Tmax與額定轉矩Tn之比稱為電動機的過載能力，它是衡量電動機短時過載與運行穩定性的主要數據

最大轉矩倍數（Tmax/Tn）： 最大轉矩Tmax與額定轉矩值之比

起動轉矩倍數（Tst/Tn）： 起動轉矩Tst與額定轉矩Tn之比

起動電流倍數（Ist/In）： 起動電流Ist與額定電流In之比

輸出功率（P）： 電動機兩端電壓乘以流過電動機的電流，電動機將電能轉化為機械能的功率值（單位：KW或W）

額定功率（Pn）： 額定運行時，電動機軸上的輸出功率。（單位：KW或W）

額定頻率（fN）： 在交變電流電路中一秒鐘內交流電所允許而必須變化的周期數，即規定的電源頻率(我國用工頻是50Hz)。（單位Hz）

功率因數（COSφ）： 電動機輸入有效功率與視在功率之比

額定電壓（Un）： 額定運行時，規定加在定子繞組上的線電壓（單位V或者mV）

電容器容量（C）： 給定電位差下左右電荷的儲藏量，即容納電荷的能力（單位F）

絕緣等級： 電動機絕緣等級指其所用絕緣材料的耐熱等級，分A級、E級、B級、F級、H級、C級、N級、R級，絕緣系統大致分為：絕緣電磁線、槽絕緣、相間絕緣、浸漬漆、繞組引接線、接線絕緣端子等

額定溫升： 指在設計規定的環境溫度(40℃)下，電動機繞組的最高允許溫升，它取決于繞組的絕緣等級。（單位K）

允許溫升： 指電動機的溫度與周圍環境溫度相比升高的限度

效率η： 電動機輸出機械功率與輸入電功率之比，通常用百分比表示

額定效率（ηN）： 指額定運行時的效率

額定功率因素（cosφN）： 電動機額定運行時的功率因數

相數： 線圈組數，二、三、四、五相步進電機分別對應有2、3、4、5組線圈

定子繞組： 是指安裝在定子上的繞組,也就是繞在定子上面的銅線。繞組是由多個線圈或線圈組構成一相或整個電磁電路的統稱

轉子繞組： 電機的電樞中按一定規律繞制和連接起來的線圈組稱為轉子繞組。它是電機中實現機電能量轉換的主要組成部件之一

電樞繞組： 由一定數目的電樞線圈按一定的規律連接組成，他是直流電機的電路部分，也是感生電動勢，產生電磁轉矩進行機電能量轉換的部分

噪聲： 電動機在空載穩態運行時A計權聲功率級dB（A）最大值

振動： 電動機在空載穩態運行時振動速度有效值（mm/s）