家用电器、电动工具和类似器具的电磁兼容性处理实例 钱振宇
1 电动工具的电磁骚扰抑制 1．1 电动工具电磁骚扰的产生
在电动工具中广泛使用的串激电动机，在其工作时随着电枢的转动电刷可将相邻的换向片短路，导致参加换向的电枢线圈短路，在回路中流过短路电流。当换向片转到与电刷断开的位置时，电刷和换向片之间产生换向火花，形成电磁骚扰。这种电磁骚扰的频谱较广（从中波到甚高频波段内是连续分布的），对广播电视设备、通讯设备以及其他电子设备在很广的范围内造成干扰。
此外，在电动工具中还有一些非线性的器件（如可控硅、二极管和晶体管等），当这些器件工作时，在导通和截止的瞬间也会产生高频电磁骚扰。
还有，电动机的定子铁芯和转子的开槽设计和线圈上的磁路设计比较饱和，也会产生较大的工频谐波成分，形成电磁骚扰。
上述所有电磁骚扰都会通过与电动机连接的电源线以传导和辐射方式向公共电网和空间传播，直接或间接影响其他设备的正常工作。 1．2 电动工具电磁骚扰的抑制
⑴ 滤波
在考虑了电动工具的工作特点以及骚扰抑制措施可能要花费的代价后，使用最多的要数滤波措施了。
电动机电刷产生的噪声既有共模、又有差模，解决的手段主要是采用电容、电感和接地等。其中，对待共模噪声，电容器可接在电动机的每根引线和地之间；但对差模噪声，电容器应当跨接在电源引线之间。对于由炭刷产生的噪声，通常都是差模的，是由炭刷与换向器触点断开时产生的。
图1是一种常用的低通滤波电路。接在电动工具电源输入端的滤波器为工频电源提供低阻抗通路，对于频率较高的骚扰信号则产生较大衰减，实现骚扰的抑制，削弱了向电网侧的传导骚扰的输出。其中C 1、C 2、C 4、C 5和L C 用于抑制共模骚扰；C 3和C 6用于抑制差模骚扰。C 1、C 2、C 4和C 5的典型值为1000pF ～4700pF ；C 3和C 6的典型值为0.1μF ～0.47μF ；共模电感L C 的典型值为0.01mH ～3mH 。实际使用时，根据电动工具产生骚扰的情况，可以采用图1电路的全部或部分，形成C 型（纯电容）、L 型（一个电感和一个电容）、T 型（两个电感和一个电容）和π型（一个电感和两个电容）。
倘若电动机产生的差模骚扰较大时，图1中的L C 可改用两个相同的差模电感分别串接在相线和中线里，有时也能达到很好的骚扰抑制作用。
图1 接在电动工具电源输入端的低通滤波器
此外，在电动机电刷两端并接一个1000pF ～4700pF 的电容；在电刷和定子激磁线圈间
分别串接一个相同的电感。电感的作用是防止炭刷在通过换向器的间隙时使流进炭刷的电流产生突变，电感量大约为10～25μH
。串联的电感与旁路到地的电容合在一起可以构成一个
低通滤波器，这可以增强单个电感和电容的滤波效果，对抑制传导噪声很有好处，使它有更宽的滤波频带及更大的滤波效果。
若要进一步降低电动机在甚高频下的电磁噪声，除了加电容之外，还可以在电源线上套一个铁氧体的磁环（电源线中的相线和中线共套一个铁氧体磁环），这样还能提高几个dB 的骚扰抑制效果。
⑵ 接地和电气连接
在电动工具中的接地和电气连接应可靠、牢固，不良的接触会产生数倍于正常工作时的骚扰。
接地是保证相线、中线对地有一个低阻抗回路抑制骚扰的一个重要手段，实际使用时，图1中C 1、C 2、C 3常用一个三角形连接的抑制电容来代替，在三根引出线中，中间一根为射频接地，接电动机定子的铁芯，另外两根分别接在开关后面的相线作了中线上。接线时要注意接地良好，而且电容线的引脚也要尽可能地短。电容器的引脚越长，电容器的自谐振频率就低，高频滤波的效果就差。电容器引脚的长和短，在骚扰的抑制效果上可以相差2dB ～5dB 。
⑶ 设计和制造工艺
骚扰抑制可以从电动机本身入手，因为接触部分的接触不良、炭刷的不干净都会产生数倍于正常运转时的骚扰情况。为了减小骚扰，要保持接触部分的接触可靠，开、合动作正常，触头的压力要保持均匀；要保持炭刷和换向器的干净，保证炭刷本身的质量（用软一些和品质纯净一些的材料）和换向器的光洁度；另外，要保持炭刷对换向器有适当的压力（压力稍大一些，有利于降低骚扰的值，但过大的压力会缩短炭刷的寿命和产生一些其他问题）。同时，要注意在电动工具内部的走线整洁、清晰，连线要尽可能短，避免形成不必要的环路，以减少线路的辐射。最后，要注意刷握和机座牢固固定，要避免在电动机运转不稳引起刷握跳动而产生高频骚扰。
1．3 电动工具电磁骚扰的抑制例
⑴ 角向磨光机的电磁骚扰抑制例
图2 a是一台未经处理的角向磨光机传导骚扰测试例。从测试结果的频谱看，应当是既有差模骚扰超标又有共模骚扰超标的情况。为此，先在开关后接入一个0.33μF ＋2×3300pF 的组合电容器，地线接定子铁芯。在图2 b中显示高频端的共模骚扰已被抑制。为了进一步抑制低频段的差模骚扰，在电刷和定子线圈之间分别串一个20μH 的电感，一开始抑制效果并不明显，继续增大到250μH ，从图2 c中可以看出，已经符合标准要求。一个完整的、经过整改后的角向磨光机电磁骚扰抑制线路见图3。
a 整改前的传导骚扰测试结果
b 第一次整改后的传导骚扰测试结果
C 最终整改后的传导骚扰测试结果 图2 角向磨光机传导骚扰测试例
电动工具EMC整改
