电磁干扰的机理(电动工具)

1、摘要:文章分析了电动工具类产品产生电磁干扰的机理，介绍了电动工具电磁干扰抑制的方法，并给出了典型的电干扰抑制实例。安规与电磁兼容网资料所有Copyright (c) www.S All Rights Reserved.安规与电磁兼容网资料所有Copyright (c) www.S All Rights Reserved.电动工具中广泛应用的串励电动机和永磁直流电动机，因其独有的工作特性，会产生较大的电磁干扰。笔者根据对电动工具电磁干扰的测试、调试和整改经验，对其产生的电磁干扰原因和电磁干扰的抑制方法作了一些归纳并给出一些干扰抑制的实例供大家参考。安规与电磁兼容网资料所有Copyright (c) www.S All Rights Reserved.安规与电磁兼容网资料所有Copyright (c) www.S All Rights Reserved.一 、电磁干扰的产生安规与电磁兼容网资料所有Copyright (c) www.S All Rights Reserved.安规与电磁兼容网资料所有Copyright (c) www.S All Rights Reserved.电动工具产生

2、的电磁干扰主要是由电动机工作引起的。电动机工作时电枢转动，电刷将相邻的换向片短路，导致参加换向的电枢线圈短路，回路流过短路电流。当换向片转到与电刷断开位置时，电刷和换向片之间产生换向火花，使换向区域附近的空气介质电离，在空气中形成带电粒子，从而形成电磁干扰，这种火花电离放电产生的干扰频谱较宽且连续分布，对广播电视产品、通讯类产品以及其他电子类产品有较大的干扰作用；其次，电动工具中的一些非线性器件工作，如可控硅、整流二极管、晶体管开关等，由于其导通和截止的工作特性和导通的稳定性较差，也会产生高频次谐波干扰分量；还有由于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，也会产生较大的高频谐波分量引起电磁干扰。上述电磁干扰往往会通过电动工具的电源线以传导和辐射的方式向公共电网和空间传播，直接或间接的影响其他设备的正常工作，干扰传播途径见图1所示。安规与电磁兼容网资料所有Copyright (c) www.S All Rights Reserved.安规与电磁兼容网资料所有Copyright (c) www.S All Rights Reserved.安规与电磁兼容网资料所有Copy

3、right (c) www.S All Rights Reserved.安规与电磁兼容网资料所有Copyright (c) www.S All Rights Reserved.二、电磁干扰的抑制安规与电磁兼容网资料所有Copyright (c) www.S All Rights Reserved.安规与电磁兼容网资料所有Copyright (c) www.S All Rights Reserved.1电气滤波安规与电磁兼容网资料所有Copyright (c) www.S All Rights Reserved.目前用得较多的电磁干扰抑制技术有屏蔽、接地（浮地、单点接地和接地网）与滤波三种，考虑电动工具的工作特点和经济效益，用得最多的还是滤波技术，图2是常用的一种型低通滤波电路，低通滤波电路为频率较低的信号（如50Hz）提供低阻抗通道，对频率较高的信号产生较大的衰减，以实现干扰抑制，该电路主要对输入端口进行滤波，削弱对电网电源输入的传导干扰，其中C1、C2和C4、C5及Lc用于滤除共模干扰，C3和C6用于滤除差模干扰，C1=C2=C4=C5=（10004700）pF、C3=C6=（0.1

4、0.47）F，Lc=（0.013）mH，根据电动工具产生的电磁干扰情况，可以采用上述电路的全部和部分，组成C型（纯电容）、L型（一个电感和一个电容）、T型（两只电感和一个电容）和型（一个电感和两只电容）。若差模干扰较大时，图1中Lc可改为用两个相同的电感分别串接在相线和中线里达到抑制差模干扰的目的。此外，在电动机电刷两端并接一个（13）nF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；在电源线上设置电感等方法也能达到很好的抑制干扰效果。安规与电磁兼容网资料所有Copyright (c) www.S All Rights Reserved.安规与电磁兼容网资料所有Copyright (c) www.S All Rights Reserved.安规与电磁兼容网资料所有Copyright (c) www.S All Rights Reserved.安规与电磁兼容网资料所有Copyright (c) www.S All Rights Reserved.2良好的接地和牢固的电气连接安规与电磁兼容网资料所有Copyright (c) www.S All Rights Reserved.安规

5、与电磁兼容网资料所有Copyright (c) www.S All Rights Reserved.电动工具中，接地和电气连接应可靠、牢固，接触不良会产生数陪于正常工作时的干扰。接地是保证相线、中线对地有一个低阻抗回路抑制干扰的一个重要手段，实际使用时，图2中C1、C2、C3常用一个三角形连接的抑制电容器代替，三根引出线中，中间一根为射频接地线，接电动工具的定子铁芯，另两根引线分别接在开关后的相线和中线上。在接线时，要注意接地的良好性和连续性，并且电容器的引线也应尽可能短，引线越长，电容的谐振频率越低，电容的高频滤波效果就越差。一般，引线的长和短，在电磁干扰抑制效果上可相差（25）dB。安规与电磁兼容网资料所有Copyright (c) www.S All Rights Reserved.安规与电磁兼容网资料所有Copyright (c) www.S All Rights Reserved.3设计和制造工艺安规与电磁兼容网资料所有Copyright (c) www.S All Rights Reserved.安规与电磁兼容网资料所有Copyright (c) www.S All Rig

6、hts Reserved.为了尽可能减小电动工具工作时的电磁干扰，在设计和制造工艺方面如果能注意以下几点，会达安规与电磁兼容网资料所有Copyright (c) www.S All Rights Reserved.到事半功倍的效果。刷握和机座固定牢靠，避免电动机运转不稳引起刷握跳动产生高频分量；内部走线安规与电磁兼容网资料所有Copyright (c) www.S All Rights Reserved.整洁、清楚，连线尽可能短并不要形成闭环，以减小线路的电磁辐射；保证矽钢片、电刷的质量和换向器的光洁度，并尽可能保持电刷和换向器的干净，刷握的结构应使得电刷和换向器间的接触压力在电动工具运转时受力均匀，以减小火花的产生。安规与电磁兼容网资料所有Copyright (c) www.S All Rights Reserved.安规与电磁兼容网资料所有Copyright (c) www.S All Rights Reserved.三、电磁干扰抑制实例：安规与电磁兼容网资料所有Copyright (c) www.S All Rights Reserved.安规与电磁兼容网资料所有Copyrigh

7、t (c) www.S All Rights Reserved.安规与电磁兼容网资料所有Copyright (c) www.S All Rights Reserved.安规与电磁兼容网资料所有Copyright (c) www.S All Rights Reserved.安规与电磁兼容网资料所有Copyright (c) www.S All Rights Reserved.安规与电磁兼容网资料所有Copyright (c) www.S All Rights Reserved.安规与电磁兼容网资料所有Copyright (c) www.S All Rights Reserved.图3是一角向磨光机注入传导测试结果，从不合格点分布区域知道既有差模干扰又有共模干扰，分析内部结构，该角向磨光机没有电磁兼容设计，因此，首先考虑在开关后接入一0.33F+23300pF的三脚电容器，地线接定子铁芯测试结果见图3a，从测试结果看出高频端的共模干扰已抑制，为了进一步抑制差模干扰，在电刷和定子线圈间分别串接一20H的电感，抑制效果不明显，继续加大电感量至250H，测试结果符合标准要求，见图3b，线路连接见

8、图3c。安规与电磁兼容网资料所有Copyright (c) www.S All Rights Reserved.安规与电磁兼容网资料所有Copyright (c) www.S All Rights Reserved.安规与电磁兼容网资料所有Copyright (c) www.S All Rights Reserved.安规与电磁兼容网资料所有Copyright (c) www.S All Rights Reserved.图4是调速电钻的传导测试结果，不合格主要是由于调速电钻的调速电位器在控制可控硅的导通角调节电动机的端电压时，可控硅导通的稳定性不理想导致电路工作状态不稳定以及电动机工作时产生的换向火花引起的，从频率分布可看出是差模干扰。解决方法是在开关后接一0.33F+23300nP三脚电容，在定子和电刷间各接一50H差模电感，测试结果符合限值要求，见图4a。由于调速电钻采用的是组合式开关，其内部结构较一般开关复杂，在接入低通滤波器时一定要弄清与各端子的接线，详见图4b。安规与电磁兼容网资料所有Copyright (c) www.S All Rights Reserved.安规与电磁兼容网资料所有Copyright (c) www.S All Rights Reserved.安规与电磁兼容网资料所有Copyright (c) www.S All Rights Reserved.安规与电磁兼容网资料所有Copyright (c) www.S All Rights Reserved.图5是电动螺丝刀的辐射功率测试结果，频谱显示不合格，不合格频点集中在(4550)MHz间，很明显是由于电动螺丝刀电源控制端在电压降压后通过整流二极管整流产生的，解决的思路是在整流输出到直流电动机前接入两个对接的0.1F/100VDC的电容，公共端接螺丝刀外壳（地）形成对地的低阻抗通路，测试结果明显改善，见图5a，线路连接见图5b，若在电源控制端变压器初级再接一（0.220.33）F旁路电容C3，则测试结果还可以改善（36）dB。安规与电磁兼容网资料所有Copyrig

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