文章分析了電動(dòng)工具類產(chǎn)品產(chǎn)生電磁干擾的機(jī)理

1、摘要: 文章分析了電動(dòng)工具類產(chǎn)品產(chǎn)生電磁干擾的機(jī)理，介紹了電動(dòng)工具電磁干擾抑制的方法，并給出了典型的電干擾抑制實(shí)例。安規(guī)與電磁兼容網(wǎng)資料所有Copyright (c) www.S All Rights Reserved. 安規(guī)與電磁兼容網(wǎng)資料所有Copyright (c) www.S All Rights Reserved.電動(dòng)工具中廣泛應(yīng)用的串勵(lì)電動(dòng)機(jī)和永磁直流電動(dòng)機(jī)，因其獨(dú)有的工作特性，會產(chǎn)生較大的電磁干擾。筆者根據(jù)對電動(dòng)工具電磁干擾的測試、調(diào)試和整改經(jīng)驗(yàn)，對其產(chǎn)生的電磁干擾原因和電磁干擾的抑制方法作了一些歸納并給出一些干擾抑制的實(shí)例供大家參考。安規(guī)與電磁兼容網(wǎng)資料所有

2、Copyright (c) www.S All Rights Reserved.安規(guī)與電磁兼容網(wǎng)資料所有Copyright (c) www.S All Rights Reserved.一 、電磁干擾的產(chǎn)生安規(guī)與電磁兼容網(wǎng)資料所有Copyright (c) www.S All Rights Reserved. 安規(guī)與電磁兼容網(wǎng)資料所有Copyright (c) www.S All Rights Reserved.電動(dòng)工具產(chǎn)生的電磁干擾主要是由電動(dòng)機(jī)工作引起的。電動(dòng)機(jī)工作時(shí)電樞轉(zhuǎn)動(dòng)，電刷將相鄰的換向片短路，導(dǎo)致參加換向的電樞線圈短路，回路流過短路電流。當(dāng)換向片轉(zhuǎn)到與電刷斷開位置時(shí)，電刷和

3、換向片之間產(chǎn)生換向火花，使換向區(qū)域附近的空氣介質(zhì)電離，在空氣中形成帶電粒子，從而形成電磁干擾，這種火花電離放電產(chǎn)生的干擾頻譜較寬且連續(xù)分布，對廣播電視產(chǎn)品、通訊類產(chǎn)品以及其他電子類產(chǎn)品有較大的干擾作用；其次，電動(dòng)工具中的一些非線性器件工作，如可控硅、整流二極管、晶體管開關(guān)等，由于其導(dǎo)通和截止的工作特性和導(dǎo)通的穩(wěn)定性較差，也會產(chǎn)生高頻次諧波干擾分量；還有由于電動(dòng)機(jī)的定子鐵芯和轉(zhuǎn)子的開槽設(shè)計(jì)和線圈上的磁路設(shè)計(jì)比較飽和，也會產(chǎn)生較大的高頻諧波分量引起電磁干擾。上述電磁干擾往往會通過電動(dòng)工具的電源線以傳導(dǎo)和輻射的方式向公共電網(wǎng)和空間傳播，直接或間接的影響其他設(shè)備的正常工作，干擾傳播途徑見圖1所示。&#

4、160;安規(guī)與電磁兼容網(wǎng)資料所有Copyright (c) www.S All Rights Reserved.安規(guī)與電磁兼容網(wǎng)資料所有Copyright (c) www.S All Rights Reserved. 安規(guī)與電磁兼容網(wǎng)資料所有Copyright (c) www.S All Rights Reserved.安規(guī)與電磁兼容網(wǎng)資料所有Copyright (c) www.S All Rights Reserved.二、電磁干擾的抑制 安規(guī)與電磁兼容網(wǎng)資料所有Copyright (c) www.S All Rights Reserved.安規(guī)與電磁兼容網(wǎng)資料所有Cop

5、yright (c) www.S All Rights Reserved.1電氣濾波 安規(guī)與電磁兼容網(wǎng)資料所有Copyright (c) www.S All Rights Reserved.目前用得較多的電磁干擾抑制技術(shù)有屏蔽、接地（浮地、單點(diǎn)接地和接地網(wǎng)）與濾波三種，考慮電動(dòng)工具的工作特點(diǎn)和經(jīng)濟(jì)效益，用得最多的還是濾波技術(shù)，圖2是常用的一種型低通濾波電路，低通濾波電路為頻率較低的信號（如50Hz）提供低阻抗通道，對頻率較高的信號產(chǎn)生較大的衰減，以實(shí)現(xiàn)干擾抑制，該電路主要對輸入端口進(jìn)行濾波，削弱對電網(wǎng)電源輸入的傳導(dǎo)干擾，其中C1、C2和C4、C5及Lc用于濾除共模干擾，C3和C6用于

6、濾除差模干擾，C1=C2= C4=C5=（10004700）pF、C3=C6=（0.10.47）F，Lc=（0.013）mH，根據(jù)電動(dòng)工具產(chǎn)生的電磁干擾情況，可以采用上述電路的全部和部分，組成C型（純電容）、L型（一個(gè)電感和一個(gè)電容）、T型（兩只電感和一個(gè)電容）和型（一個(gè)電感和兩只電容）。若差模干擾較大時(shí)，圖1中Lc可改為用兩個(gè)相同的電感分別串接在相線和中線里達(dá)到抑制差模干擾的目的。此外，在電動(dòng)機(jī)電刷兩端并接一個(gè)（13）nF的電容；在電刷和定子激磁線圈間分別串接一個(gè)相同的電感；在電源線上設(shè)置電感等方法也能達(dá)到很好的抑制干擾效果。 安規(guī)與電磁兼容網(wǎng)資料所有Copyright

7、(c) www.S All Rights Reserved.安規(guī)與電磁兼容網(wǎng)資料所有Copyright (c) www.S All Rights Reserved.安規(guī)與電磁兼容網(wǎng)資料所有Copyright (c) www.S All Rights Reserved.安規(guī)與電磁兼容網(wǎng)資料所有Copyright (c) www.S All Rights Reserved.2 良好的接地和牢固的電氣連接安規(guī)與電磁兼容網(wǎng)資料所有Copyright (c) www.S All Rights Reserved. 安規(guī)與電磁兼容網(wǎng)資料所有Copyright (c) www.S All

8、Rights Reserved.電動(dòng)工具中，接地和電氣連接應(yīng)可靠、牢固，接觸不良會產(chǎn)生數(shù)陪于正常工作時(shí)的干擾。接地是保證相線、中線對地有一個(gè)低阻抗回路抑制干擾的一個(gè)重要手段，實(shí)際使用時(shí)，圖2中C1、C2、C3常用一個(gè)三角形連接的抑制電容器代替，三根引出線中，中間一根為射頻接地線，接電動(dòng)工具的定子鐵芯，另兩根引線分別接在開關(guān)后的相線和中線上。在接線時(shí)，要注意接地的良好性和連續(xù)性，并且電容器的引線也應(yīng)盡可能短，引線越長，電容的諧振頻率越低，電容的高頻濾波效果就越差。一般，引線的長和短，在電磁干擾抑制效果上可相差（25）dB。安規(guī)與電磁兼容網(wǎng)資料所有Copyright (c) www.S All R

9、ights Reserved. 安規(guī)與電磁兼容網(wǎng)資料所有Copyright (c) www.S All Rights Reserved.3 設(shè)計(jì)和制造工藝 安規(guī)與電磁兼容網(wǎng)資料所有Copyright (c) www.S All Rights Reserved.安規(guī)與電磁兼容網(wǎng)資料所有Copyright (c) www.S All Rights Reserved.為了盡可能減小電動(dòng)工具工作時(shí)的電磁干擾，在設(shè)計(jì)和制造工藝方面如果能注意以下幾點(diǎn)，會達(dá) 安規(guī)與電磁兼容網(wǎng)資料所有Copyright (c) www.S All Rights Reserved.到事半

10、功倍的效果。刷握和機(jī)座固定牢靠，避免電動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)不穩(wěn)引起刷握跳動(dòng)產(chǎn)生高頻分量；內(nèi)部走線 安規(guī)與電磁兼容網(wǎng)資料所有Copyright (c) www.S All Rights Reserved.整潔、清楚，連線盡可能短并不要形成閉環(huán)，以減小線路的電磁輻射；保證矽鋼片、電刷的質(zhì)量和換向器的光潔度，并盡可能保持電刷和換向器的干凈，刷握的結(jié)構(gòu)應(yīng)使得電刷和換向器間的接觸壓力在電動(dòng)工具運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)受力均勻，以減小火花的產(chǎn)生。安規(guī)與電磁兼容網(wǎng)資料所有Copyright (c) www.S All Rights Reserved. 安規(guī)與電磁兼容網(wǎng)資料所有Copyright (c) www.S A

11、ll Rights Reserved.三、電磁干擾抑制實(shí)例：安規(guī)與電磁兼容網(wǎng)資料所有Copyright (c) www.S All Rights Reserved.安規(guī)與電磁兼容網(wǎng)資料所有Copyright (c) www.S All Rights Reserved.安規(guī)與電磁兼容網(wǎng)資料所有Copyright (c) www.S All Rights Reserved.安規(guī)與電磁兼容網(wǎng)資料所有Copyright (c) www.S All Rights Reserved.安規(guī)與電磁兼容網(wǎng)資料所有Copyright (c) www.S All Rights Reserved. 安規(guī)與電

12、磁兼容網(wǎng)資料所有Copyright (c) www.S All Rights Reserved.安規(guī)與電磁兼容網(wǎng)資料所有Copyright (c) www.S All Rights Reserved.圖3是一角向磨光機(jī)注入傳導(dǎo)測試結(jié)果，從不合格點(diǎn)分布區(qū)域知道既有差模干擾又有共模干擾，分析內(nèi)部結(jié)構(gòu)，該角向磨光機(jī)沒有電磁兼容設(shè)計(jì)，因此，首先考慮在開關(guān)后接入一0.33F+2×3300pF的三腳電容器，地線接定子鐵芯測試結(jié)果見圖3a，從測試結(jié)果看出高頻端的共模干擾已抑制，為了進(jìn)一步抑制差模干擾，在電刷和定子線圈間分別串接一20H的電感，抑制效果不明顯，繼續(xù)加大電感量至250H，測試結(jié)果符合標(biāo)

13、準(zhǔn)要求，見圖3b，線路連接見圖3 c。 安規(guī)與電磁兼容網(wǎng)資料所有Copyright (c) www.S All Rights Reserved.安規(guī)與電磁兼容網(wǎng)資料所有Copyright (c) www.S All Rights Reserved.安規(guī)與電磁兼容網(wǎng)資料所有Copyright (c) www.S All Rights Reserved.安規(guī)與電磁兼容網(wǎng)資料所有Copyright (c) www.S All Rights Reserved.圖4是調(diào)速電鉆的傳導(dǎo)測試結(jié)果，不合格主要是由于調(diào)速電鉆的調(diào)速電位器在控制可控硅的導(dǎo)通角調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)的端電壓時(shí)，可控硅導(dǎo)通的穩(wěn)定

14、性不理想導(dǎo)致電路工作狀態(tài)不穩(wěn)定以及電動(dòng)機(jī)工作時(shí)產(chǎn)生的換向火花引起的，從頻率分布可看出是差模干擾。解決方法是在開關(guān)后接一0.33F+2×3300nP三腳電容，在定子和電刷間各接一50H差模電感，測試結(jié)果符合限值要求，見圖4a。由于調(diào)速電鉆采用的是組合式開關(guān)，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)較一般開關(guān)復(fù)雜，在接入低通濾波器時(shí)一定要弄清與各端子的接線，詳見圖4b。 安規(guī)與電磁兼容網(wǎng)資料所有Copyright (c) www.S All Rights Reserved.安規(guī)與電磁兼容網(wǎng)資料所有Copyright (c) www.S All Rights Reserved.安規(guī)與電磁兼容網(wǎng)資料所有Copy

15、right (c) www.S All Rights Reserved.安規(guī)與電磁兼容網(wǎng)資料所有Copyright (c) www.S All Rights Reserved.圖5是電動(dòng)螺絲刀的輻射功率測試結(jié)果，頻譜顯示不合格，不合格頻點(diǎn)集中在 (4550)MHz間，很明顯是由于電動(dòng)螺絲刀電源控制端在電壓降壓后通過整流二極管整流產(chǎn)生的，解決的思路是在整流輸出到直流電動(dòng)機(jī)前接入兩個(gè)對接的0.1F/100VDC的電容，公共端接螺絲刀外殼（地）形成對地的低阻抗通路，測試結(jié)果明顯改善，見圖5 a，線路連接見圖5b，若在電源控制端變壓器初級再接一（0.220.33）F旁路電容C3，則

16、測試結(jié)果還可以改善（36）dB。安規(guī)與電磁兼容網(wǎng)資料所有Copyright (c) www.S All Rights Reserved.連續(xù)干擾允許值帶換向器電動(dòng)機(jī)以及裝在家用電器、電動(dòng)工具和類似電器的其他裝置可能會引起連續(xù)干擾。連續(xù)干擾可能是寬帶的，如機(jī)械開關(guān)、換向器和半導(dǎo)體調(diào)節(jié)器等開關(guān)電器引起的；可能是窄帶的，如微程序器等電子控制裝置引起的。允許值用準(zhǔn)峰值檢波器和用平均值檢波器確定。頻率范圍為148.5kHz30MHz的連續(xù)干擾允許值列于表1、表2及附圖。表1 家用電器和產(chǎn)生類似干擾設(shè)備及裝有半導(dǎo)體器件調(diào)節(jié)控制器的連續(xù)干擾允許值頻率范圍在電源端子上在負(fù)載端子和附加端子上12345MHzdB

17、V準(zhǔn)峰值dBV平均值dBV準(zhǔn)峰值dBV平均值0.150.50隨頻率的對數(shù)線性減小6656 594680700.505.00564674645.0030.060507464注：干擾電壓允許值由表1給出1） 當(dāng)使用準(zhǔn)峰值檢波器接收機(jī)測量時(shí)，如果符合用平均值檢波器接收機(jī)的允許值，則認(rèn)為受試設(shè)備符合兩種允許值，不必再用平均值檢波器接收機(jī)進(jìn)行測量。表2 電動(dòng)工具的連續(xù)干擾允許值1234567頻率范圍電動(dòng)機(jī)額定功率700W700W<電動(dòng)機(jī)額定功率1000W電動(dòng)機(jī)額定功率>1000WMHzdBV準(zhǔn)峰值dBV平均值dBV準(zhǔn)峰值dBV平均值dBV準(zhǔn)峰值dBV平均值0.150.50隨頻率的對數(shù)線性減少6659 5949 7063 6353 7669 69590.505.005949635369595.0030.0645468587464注：干擾電壓允許值由表2給出1）當(dāng)使用準(zhǔn)峰值檢波器接收機(jī)測量時(shí)，如果符合用平均值檢波器接收機(jī)的允許值，則認(rèn)為受試設(shè)備符合兩種允許值，不必再用平均值檢波器接收機(jī)進(jìn)行測量。頻率范圍為30300MHz的干擾功率允許值列于表3表3連續(xù)