食物垃圾處理器電磁兼容測評

摘 要：本文針對當前市面上食物垃圾處理器產品的多元化，選取了具有代表性的食物垃圾處理器進行電磁兼容測評研究。依據電磁兼容國家標準，對食物垃圾處理器進行了電磁騷擾和電磁抗擾度測試。結果表明，傳導騷擾測試數(shù)據遠超標準限值，騷擾功率測試數(shù)據也整體偏高。通過剖析產品的工作原理，對不合格的試驗數(shù)據進行原因分析，發(fā)現(xiàn)在整機的拆解過程中產品內部未采取相關濾波和屏蔽措施，導致影響到整體測試結果。

關鍵詞：食物垃圾處理器，電磁兼容，對比試驗，測評分析

DOI編碼：10.3969/j.issn.1002-5944.2024.17.034

0 引 言

隨著人們生活水平的不斷提高，生活垃圾的數(shù)量也在急劇增長，并以每年8%～10%的速度遞增，其中多半為食物垃圾，而食物垃圾不但污染環(huán)境而且處理難度極高。近些年，隨著各大城市都在積極倡導“垃圾分類”，人們對環(huán)保和健康意識也在不斷增強，食物垃圾處理器開始逐漸走入消費者的視野，它的市場需求量也開始日益增長。食物垃圾處理器能夠將食物垃圾轉化為碎屑，然后對其進行進一步處理或利用，從而有效地減少食物垃圾對環(huán)境的影響。目前該產品并未被包括在國家強制性認證范圍內，也沒有對應的電磁兼容相關標準的評判，導致該類產品的制造商對其工作帶來的電磁騷擾方面影響不夠重視。然而，由于食物垃圾處理器的功率較大，在啟動的瞬間或處理垃圾時會產生的電磁干擾（EMI），可能會影響周圍電子設備的正常運行，同時也容易受到其他電器的干擾，甚至可能導致數(shù)據丟失或設備損壞，這勢必在將來會成為消費者和生產者共同關注的問題。因此，設計和生產食物垃圾處理器時需要采取必要的措施來減少電磁干擾，從產品電磁兼容性等方面考量其可能產生的風險點，建立規(guī)范完善的電磁兼容性評判是十分必要的。

1 食物垃圾處理器工作原理

食物垃圾處理器主要由交直流電源、高速旋轉電機、粉碎刀盤、食物垃圾處理器粉碎室和粉碎顆粒下水管等組成。它是一種安裝在廚房水槽下方與排水口相連接，將廢棄的食物研磨成細小的顆粒并和水一起排入下水道中的器具[1]。具體工作原理是由交流電動機或小型直流電動機帶動刀盤高速旋轉，用離心力將食物垃圾在粉碎室內粉碎成4毫米以下的細小顆粒，然后送入下水管，排進污水廠。

驅動電機是食物垃圾處理器的動力源，也是關鍵部件之一，其性能直接影響著食物垃圾處理器質量[2]。食物垃圾處理器在工作過程中，由于電動機的高速運轉和刀片的摩擦等作用，會產生一定量的電磁干擾，這些干擾主要來自電機、電源和開關等元件。

2 食物垃圾處理器的電磁兼容性能對比試驗

2.1 對比試驗方案

為了驗證目前市面上食物垃圾處理器的電磁兼容性能，以及其對家居電磁兼容環(huán)境帶來的影響，本次隨機選擇了市面上9款銷量較高的不同價位的食物垃圾處理器來進行電磁兼容對比試驗。測試項目為家用電器電磁兼容標準中的適用項目，測試場地及系統(tǒng)為屏蔽室和抗擾度實驗室。

2.2 適用測試項目

按照標準要求，食物垃圾處理器應滿足G B4343.1—2018、GB 17625.1—2012標準要求，考慮到產品的穩(wěn)定性，可依據抗擾度標準GB 4343.2—2020檢驗其是否滿足要求。

在電磁兼容測試中，依據標準GB 4343.1—2018中第7.3.1.4條款“食物混合器（廚房器械）、液體混合器、攪拌器、榨汁機應空載連續(xù)運行”的要求進行本次試驗。

2.3 測試結果

就食物垃圾處理器產品而言，最大的區(qū)別就是電機類型不同，而電機又是其核心部件。為了驗證不同電機類型是否對食物垃圾處理器的測試結果有影響，本次選取了3臺交流電機的食物垃圾處理器，6臺直流電機的食物垃圾處理器，具體參數(shù)詳見表1。

圖1所示分別為9臺食物垃圾處理器進行端子騷擾電壓測試的試驗曲線。

圖2所示分別為9臺食物垃圾處理器進行騷擾功率測試的試驗曲線。

本次研究還對這9臺食物垃圾處理器進行了19章的誤操作以及GB/T 4343.2—2009抗擾度試驗，試驗結果為：靜電放電抗擾度、電快速瞬變脈沖群抗擾度、射頻場感應傳導騷擾抗擾度、電壓暫降、短時中斷和電壓變化抗擾度均符合標準要求。在浪涌（沖擊）抗擾度這項試驗中，有3臺不符合要求，其中2臺為直流電機，1臺為交流電機。

2.4 測評結果

從測評結果發(fā)現(xiàn)在端子騷擾電壓這項試驗中，共計有6臺食物垃圾處理器測試不合格，不合格率為66.7%，測試結果遠遠超出標準GB 4343.1允許的限值。其中，直流電機5臺，占不合格品83.3%；交流電機1臺，占不合格品16.7%。

在騷擾功率這項試驗中，共計有3臺食物垃圾處理器測試不合格，不合格率為33.3%。其中，直流電機2臺，占不合格品66.7%；交流電機1臺，占不合格品 33.3%。

在19章的誤操作以及GB/T 4343.2—2009抗擾度試驗中，有3臺不符合要求。其中，2臺為直流電機，1臺為交流電機。

在所有項目的測試中，不符合標準要求的有7臺，不合格占比為77.8%。本次總計選取直流電機的食物垃圾處理器共有6臺，均存在不合格現(xiàn)象，不合格率為10 0%。試驗結果表明，在影響電磁兼容的主要參數(shù)中，電機的類型對產品影響較大，相比交流電機，直流電機會產生更復雜的電磁兼容問題。

3 食物垃圾處理器測評結果分析

通過對試驗數(shù)據結果的分析，端子騷擾電壓遠超標準限值，騷擾功率也整體偏高，尤其是準峰值極易超出標準限值。測試后通過拆解整機，我們發(fā)現(xiàn)，大部分產品內部并未進行濾波和相關屏蔽措施，因此導致整體測試結果偏高甚至不合格。如圖3、圖4所示。

在食物垃圾處理器的設計和生產過程中，電磁兼容性是一個重要的問題。雖然電機的電磁干擾很難消除，但生產企業(yè)在設計制造食物垃圾處理器時還需要滿足電磁兼容的要求和標準，使電磁騷擾對電子、電氣設備等工作不會或基本不會造成影響，也可采用其他措施達到目的，具體可選擇合適的電磁屏蔽材料、優(yōu)化電路設計、合理的接地以及實施有效的濾波措施等。

3.1 EMI材料

在設計和生產食物垃圾處理器時，應選擇低EMI材料。例如，電機和電源應選擇低噪聲、低EMI的型號。這些材料可以減少設備在操作過程中產生的電磁干擾。

3.2 電路設計

食物垃圾處理器的電路設計對電磁兼容性有很大的影響。優(yōu)化電路設計可以降低開關電流和電壓的變化率，從而減少電磁干擾的產生。此外，合理布置電路元件和電纜也可以降低電磁干擾。

3.3 濾波

常用的濾波器件有電容、電感、共模電感和鐵氧體磁環(huán)[3]。濾波器可以有效地抑制電磁干擾的傳播。在食物垃圾處理器的電源線和信號線上安裝適當?shù)臑V波器可以降低電磁干擾的影響。濾波器的選擇應考慮到頻率范圍、阻抗匹配和插入損耗等因素。通過不同的連接方法，既可以用來過濾差模信號，也可以去除共模信號。如希望提高電容或電感的濾波效果，可以把旁路電容組合和電路中串聯(lián)電感相連成低通濾波器即可。共模電感是一個雙向濾波器，常用于過濾共模的電磁干擾信號，也可起到EMI濾波作用，來抑制共模噪聲信號且本身不向外發(fā)出電磁干擾，還可以有效地避免影響同一電磁環(huán)境下其他電子設備的正常工作。

3.4 屏蔽

屏蔽是減少電磁干擾的有效方法之一。在食物垃圾處理器的外殼上增加屏蔽層可以降低電磁波的傳播和輻射。此外，合理設計通風口和電纜進出口的位置也可以降低電磁干擾的影響。當需要抑制電機對外界的電磁騷擾時，則可以用隔離的方式把它的金屬外殼與外界屏蔽，同時也可以屏蔽外界的干擾，當然金屬外殼的屏蔽效果受多種因素影響，如材質、殼體孔封數(shù)量及大小等。屏蔽效果的關鍵是要保證每一條縫隙都應該是電磁密封的，由于外殼會涉及孔縫用于線纜連接以及散熱，故應做好導電橡膠等材料的密封工作，以消除通過出孔的電磁干擾。

3.5 接地

因接地不正確或接地不良而帶來的干擾問題時有發(fā)生[4]。接地可以有效地將設備產生的電磁干擾引入地下，從而降低對周圍設備的影響。在設計和生產食物垃圾處理器時，應確保設備的接地處理良好，例如電機、電源和其他金屬部件都應正確接地。而防止干擾、抑制電磁噪聲的主要方法則是接地，例如濾波元件或其他電磁兼容元件無法進行正常工作，良好的接地方式不僅可以使高頻干擾信號形成低阻通路，還可以抑制高頻騷擾。

4 結 語

通過對食物垃圾處理器進行電磁兼容性能的試驗比對測試及結果分析，詳細剖析了其產品的結構、元件等存在電磁干擾（EMI），通過綜合評價直觀地反映出不同品牌食物垃圾處理器的電磁兼容性能差異。隨著智能家居的普及，家電產品種類不斷增加，結構和功能不斷豐富，智能家電產品使用的Wi-fi、藍牙、NB-IoT、ZigBee等射頻技術，使家電產品的電磁環(huán)境逐漸復雜化[5]。對于食物垃圾處理器而言，在面對周圍復雜電磁環(huán)境時，不僅需要能夠抵抗外來的電磁干擾正常運行，還應該不對電磁環(huán)境中的其他電子電氣產品的性能等級造成影響。本文通過將市面上常見食物垃圾處理器的電磁兼容進行對比試驗，發(fā)現(xiàn)目前電磁兼容方面總體不合格率偏高。因此，為確保食物垃圾處理器在實際使用過程中能滿足電磁兼容性要求，則需要在電磁兼容性方面采取必要的措施。而采取適當?shù)脑鰪娖帘未胧┦欠袷墙鉀Q食物垃圾處理器電磁兼容問題的有效方法需要繼續(xù)進一步研究。

參考文獻

[1]劉民.國家標準與A+認證雙護航推動家用廢棄食物處理器的普及與發(fā)展[J].家電科技，2012（3）：16-17.

[2]牛文歡.一種廚房食物垃圾處理器的設計研究[J].工業(yè)技術與職業(yè)教育，2019，17（3）：17-19.

[3]李慶，張之元，胡安永，等.永磁無刷直流電機EMC的改善措施簡介[J].日用電器，2014（6）：61-63.

[4]王正.變頻器電磁干擾的抑制措施[J].電氣技術，2006（9）：51-52.

[5]李滟，張艷艷，趙熠晨，等.微波爐對智能家電Wi-Fi通信的影響研究[J].家電科技，2020（S1）：102-105.

作者介紹

李曉娟，工程師，從事家用電器、消費電子產品等領域的EMC測試及相關標準和研究工作。

程思遠，工程師，從事家用電器、消費電子產品等領域的EMC測試及相關標準和研究工作。

劉穎，工程師，從事家用電器、消費電子產品等領域的EMC測試及相關標準和研究工作。

弓兆博，工程師，從事家用電器、消費電子產品等領域的EMC測試及相關標準和研究工作。

高立國，工程師，從事家用電器、消費電子產品等領域的EMC測試及相關標準工作。

劉璟軒，從事家用電器、消費電子產品等領域的EMC測試及相關標準工作。

（責任編輯：張佩玉）