家用电器的电磁兼容整改

屠黎娜,徐哲谆

（浙江立德产品技术有限公司，杭州 311215）

家用电器的电磁兼容整改

屠黎娜,徐哲谆

（浙江立德产品技术有限公司，杭州 311215）

结合作者的实践经验，提出了家用电器在电磁兼容试验过程中出现的问题及整改方案，并列举简单的实例进行分析，对涉及到的基本概念进行明确的定义，对工程应用具有实践和指导意义。

家用电器；电磁骚扰；电磁兼容整改；滤波

引言

对一个家用电器产品来说，在设计阶段就应该考虑其电磁兼容性，这样可以将产品在生产阶段出现电磁兼容问题的可能性减少到一个较低的程度。其是否满足要求，最终要通过电磁兼容测试检验其电磁兼容标准的符合性。

由于电磁兼容的复杂性，即使对一个电磁兼容设计问题考虑得比较周全的产品，在设计制造过程中，难免出现一些电磁干扰的因素，造成最终电磁兼容测试不合格。在电磁兼容测试中，这种情况还是比较常见的。

当然，对产品定型前的电磁兼容测试不合格的问题，我们可以遵循正常的电磁兼容设计思路，按照电磁兼容设计规范，针对产品存在的电磁兼容问题重新进行设计，从源头上解决存在的电磁兼容隐患。但按照我国的国情，许多家电产品在进行电磁兼容试验时，设计早已定型、外壳已经开模、内部PCB板已经流水线加工，甚至成品都已经生产出来等着出货。对此类家电产品存在的电磁兼容问题，只能分析原因、对症下药，哪里有问题就在哪里整改，以对产品的最小改动使其达到电磁兼容要求。这就属于电磁兼容整改的范畴，属于本文需要探讨的问题［1］。

1 常见的电磁兼容整改措施

EMC问题的整改要遵循一定的方法，出现问题一般应对问题进行分析，确定问题的范围，初步分析可能的原因，根据测试现象分析导致这种结果的因素，明确处理问题的方向，从干扰源、耦合路径、敏感源入手，分析出现问题的原因，根据原因确定测试切实可行的整改方案。

开始处理问题时，一般要先确认系统的接地情况，因为接地不良可能会引起多种问题发生。确定接地良好以后再对出现问题的最可能的原因进行处理，按照电磁兼容设计理论进行整改，着重查找滤波前后的信号是否出现交叉，线缆的屏蔽接地情况是否良好，是否出现高压线缆和低压线缆交叉布线的情况［2］。在不影响性能的前提下，适当调整设备线缆走向和排列，做到不同类型的线缆相互隔离。

在设备电源输入端加装电源滤波器也是解决问题的有效方法之一。选择合适的滤波器是必需的，滤波器的特性直接决定了系统的传导发射指标。滤波器的安装很重要，要按照标准的滤波器安装方法进行，其输入/输出引线严禁交叉，以避免线间耦合，接地用短而粗的接地铜带连接，最好将滤波器的一个平面和接地面良好接触［2］。但滤波器成本较高，可以选择X电容、Y电容、共模扼流圈、差模电感、磁珠等分立元器件构成组合式电源滤波电路，其特点是成本低廉，参数调整灵活，适用性强。

另外，在可能的情况下，对重要器件进行屏蔽、隔离处理，如加装接地良好的金属隔离板或小的屏蔽罩等。

2 家电产品电磁骚扰发射情况的整改

当今社会，家用电器正朝着节能、智能、自动、方便、舒适的方向发展。由于家用电器的品种越来越多，在生活环境中的家用电器数量也越来越多，因此，家用电器工作时所产生的电磁骚扰对于同一环境中其他用电设备可靠性的影响，以及对于人们身体健康的影响等问题愈发引起人们广泛关注。目前，保护电磁环境和防止电磁污染的问题，已引起世界各国各有关国际组织的普遍关注，设备的电磁兼容性实际上已成为市场的准入指标。在我国家用电器产品的强制性认证中，产品的电磁兼容性也变得和产品的电气安全性同等重要。

2.1 家电产品中的电磁骚扰发射

在对家电产品进行3C认证的电磁兼容测试时，经常发现有谐波电流和电磁骚扰的发射存在超标问题。例如电吹风存在谐波电流、骚扰电压和骚扰功率超标；可以调速的真空吸尘器常存在谐波电流超标，不可调速的真空吸尘器常存在骚扰电压和骚扰功率超标；带机械式定时器的洗衣机也是骚扰电压和骚扰功率超标。

造成家用电器的谐波电流超标的主要原因是电路中存在非线性元器件。这里有两个方面：①电路中拥有铁磁饱和特性的变压器、铁心电抗器等；②设备内部装有采用电力电子器件（二极管、可控硅、VMOS 管和IGBT管等）的开关电源和变频器等。

家用电器的骚扰电压和骚扰功率超标则是由于在其内部采用了开关电源、变频器和高速数字电路，这些功率电子部件和高速电子线路工作中所产生的电压和电流瞬变是形成高频电磁骚扰的主要原因。此外，设备内部的继电器、定时器、热断路器的动作，开关触点在断开和接触过程中所产生的电弧也是产生高频电磁骚扰的重要原因［3］。

2.2 家电产品电磁骚扰发射情况的整改实例

2.2.1 调速、调温电吹风的谐波电流抑制

采用二极管的单相导电性能可以将电吹风中电机和电热丝的工作电流减半，达到电吹风的调速和调温的目的，见图1。图中S1和S2是开关，D1～D5是二极管，M 是电机，R1是保护电阻，R2是电热丝，TH1是热断路器。

图1中的开关S1和S2的动作见表1所示。电吹风档位见图2，0档是空档；Ⅰ档是微风、低温档；Ⅱ档是强风、高温档。

对于电吹风的Ⅰ档，就是利用二极管的单向导电性能使得流过电机和电热丝的电流减半来实现的（在一个工频周期中，只有一半时间是有电流流过的，见图3所示，流过的电流呈脉动形状）。

图1 整改前的调速、调温电吹风控制线路

图2 电吹风的档位

表1 整改前的电吹风工作情况说明

图3 二极管单向导电性使得流过电机和电热丝的电流呈脉动状

二极管的这种工作方式，虽然使得流过电吹风的电流依然保持有周期性这一特点，但是电流却是单方向的，即：

由于是周期信号，上述函数可以展开成傅里叶级数：

从上式可见，工作在电吹风Ⅰ档时，流过电吹风的电流含有直流、基波电流和大量的偶次谐波电流。最终导致了电吹风的谐波电流超标（见GB 17625.1）。

基于电吹风的这种工作情况，有必要对电吹风的控制线路作一些改变，详情参见图4所示。二极管只是控制直流电机回路，用以调节风速，而温度的高低是通过电热丝电阻的变化来实现的（电热丝一拆为二，分两种情况工作，但都由交流直接供电），这样就可以避免二极管上流过大电流，从而减少了流过电吹风里的谐波电流。

表2是整改后的开关动作情况。整改前后的谐波电流频谱对比见图5所示。二次谐波电流由1.325A减少到0.388A，同时也减少了所有偶次谐波电流的电流大小。

可见，要想解决一个产品的谐波电流问题，要从分析产品谐波电流超标的主要原因着手，然后制订电路的整改方案，很有可能在电路控制方面只是作了很小的改动，但这一改动却是关键性的，真正解决了产品存在的问题。

图4 电吹风控制线路的整改

表2 整改后的电吹风工作情况说明

2.2.2 真空吸尘器电磁骚扰的抑制

家用吸尘器广泛使用串励电动机，吸尘器产生的电磁骚扰主要是由电动机工作引起的。电动机工作时电枢转动，炭刷将相邻的换向片短路，导致参与换向的电枢线圈短路，回路流过短路电流。当换向片转到与炭刷断开的位置时，炭刷和换向片之间产生火花，从而形成电磁骚扰。这种电磁骚扰的频谱较宽且连续分布，对广播电视产品、通信类产品及其他电子类产品有较大的干扰作用［3］。

另外，真空吸尘器中的一些非线性器件工作，如可控硅、二极管等，由于其导通和截止的工作特性和导通的稳定性较差，也会产生高频电磁骚扰。

上述这些电磁骚扰都会通过与电动机连接的导线以传导和辐射的方式向公共电网和空间传播，直接或间接影响其他设备的正常工作。

为了抑制这些骚扰，使用最多的是滤波措施。电动机炭刷会产生共模骚扰和差模骚扰，解决的方案主要是采用电容、电感组合滤波，还有接地等。对于共模骚扰，可将电容器接在电动机的每根引线和地之间，对于差模骚扰，可将电容器跨接在电源L、N之间。一般来说，由炭刷产生的骚扰基本是差模的，是由炭刷和换向器触点断开时产生的。

图5 电吹风控制线路整改前后的谐波电流频谱对比

图6是一种常用的低通滤波电路。接在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C1用于抑制差模骚扰，其典型值为0.1μ F～0.47μ F，C2、C3用于抑制共模骚扰，其典型值为1000pF～4700pF。要使电容器有比较好的滤波效果，它与骚扰源之间的连线要尽量短。

若要进一步降低电动机在高频下的电磁骚扰，除了加电容外，还可以在电源线上套铁氧体磁环（电源线的相线L和中线N共套一个磁环），这样还能提高几个dB的骚扰抑制效果。

除了滤波的方法，抑制骚扰也可以从串励电机本身入手，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，要注意刷握和机座的固定牢靠，避免电动机运转不稳引起刷握跳动产生高频分量［4］。

图7a是一台未经处理的真空吸尘器传导骚扰测试结果，从该频谱看，主要是差模骚扰，为此，先在吸尘器开关后面电源两端接入一个0.33μ F的电容器，测得的曲线已经满足要求（见图7b所示）。如果加一个电容还不行，可以尝试在电动机炭刷两端并接一个1000pF～4700pF的电容，在炭刷和定子激磁线圈间分别串接一个相同的电感，电感量大约为10～25μ H，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。经过这样的组合滤波，相信应该能抑制大部分的传导骚扰。

2.2.3 带机械开关的洗衣机传导骚扰发射情况整改

双桶洗衣机的工作原理是通过各种开关组成控制电路来控制电动机、进水阀、排水电磁铁的电压输出，使洗衣机实现程序运转。这类洗衣机的电磁骚扰主要是由于洗涤定时器（又称换向定时开关）工作所引起的，它在工作时不停地改变内部金属触点的接触位置从而使得电动机能够不断地改变转动的方向，但是金属触点在不断地接触和分开的过程中会产生电弧，这种电弧就是使洗衣机产生电磁骚扰的主要原因。由电弧放电所引起的电磁骚扰通常具有较宽的频谱，而在30MHz以下的传导骚扰发射尤其明显，因此在测试中经常经常会发现连续及断续的传导骚扰电压不合格。这类骚扰常常会传到公共电网，影响其他电子设备的正常工作。

图7 真空吸尘器整改前后的传导骚扰测试结果曲线对比

图8 带机械开关的洗衣机的传导骚扰抑制

图9 某机械开关式洗衣机整改前后的传导骚扰测试结果对比

对于传导骚扰的抑制通常会选择用LC滤波器来进行滤波，然而要想解决这类由机械开关拉弧引起的电磁骚扰时，效果就显得不明显了。这是因为在使用电容滤波时，电弧一旦产生，电容器会迅速充电，吸收了部分电弧的能量，但由于没有放电回路，使得电容器上始终保持充满电的状态。而电容器的放电要在机械开关重新闭合的瞬间才能进行，由于放电回路没有限流电阻，在放电瞬间的电流幅值可以很大，而放电的持续时间十分短暂，这反过来又对电网形成了冲击，因此使用单独一个电容器起不到对这类干扰的抑制作用。

根据实际情况，使用电容和电阻的组合则是解决这类骚扰的一种比较有效的方案。图8是一个实际使用电路。由于电容和电阻的并联构成了一个完整的电容放电回路，电容器吸收了在电弧形成瞬间的能量，随即又通过与电容器并联的电阻释放了所吸收的能量，放电的速率由所选择的电容和电阻时间常数决定。等到机械开关重新闭合时，电容量上贮存的能量早已释放完毕，不可能再形成幅值大、持续时间短暂的电流瞬变，原先电容放电对电网形成的冲击已不复存在。所以采用电容和电阻并联的组合电路对电磁骚扰的抑制有比较好的作用。使用本方案时要注意电容与电阻组成的滤波吸收电路的引线不能过长，过长的引线本身也会产生骚扰，会对骚扰抑制带来不利的影响［5］。

图9是一台机械开关式洗衣机整改前后骚扰电压测试对比。可以看出整改前0.15MHz～30MHz的整个频段上峰值测量值严重超标。通过以上方法整改后，结果非常理想，低频段的表现也很稳定，在随后进行的断续干扰测试中也可顺利通过。

电阻和电容组合是解决机械开关拉弧造成骚扰的一个经济而有效的方案。但在参数的选择上需进行多次调试整改，尽量找到一个最佳的抑制方案。

3 小结

近年来科技进步速度飞快，频率越来越高，传输速率越来越快，相对的电磁兼容问题也越来越受到关注。产品在遇到问题时，要分析其内在特性，制订出相应的整改方案，以最小的改动使其达到电磁兼容要求。

[1] 杨继深.电磁兼容(EMC)技术之产品研发与认证 [M].北京:电子工业出版社, 2004.6.

[2] 尚开明.电磁兼容(EMC)设计与测试 [M]. 北京:电子工业出版社,2013.5.

[3] 钱振宇.3C认证中的电磁兼容测试与对策 [M].北京:电子工业出版社,2004.7.

[4] 白同云.如何实现电磁兼容 [C].北京:中国电子学会电子产品战略研究分会,2000.4.

[5] 陈穷等.电磁兼容性工程设计手册 [M].北京:国防工业出版社1993.10.

Electromagnetic Compatibility Improvement for Household Appliances

TU Li-na, XU Zhe-chun
（Zhejiang LEAD Product Technic Co., Ltd., Hangzhou 311215）

Combined with the author's practical experience, this paper presents the problems and improvement of household appliances in the electromagnetic compatibility test, and lists simple examples to analyze, and also clearly defines the basic concepts involved. It has practical and guiding significance to the project application.

household appliances; electromagnetic disturbance; electromagnetic compatibility improvement; filtering

TN97

A

1004-7204(2014)05-0028-06

屠黎娜（1982 - ），女，浙江杭州，工程师，研究方向为电磁兼容测试。