中心議題：
- 智能化低壓電器產品電磁兼容設計中的常見問題
- 智能低壓電器電磁兼容干擾問題解決措施
解決方案：
- 跨接氧化鋅壓敏電阻抗雷擊浪涌
- 接地和屏蔽
- 濾波及吸收
1 引言
近年來，我國智能化低壓電器的研究取得了一定進展，然而，隨著技術的發展和對環境要求的提高，對電器產品電磁兼容的要求越來越高。因此，如何排除各種電磁干擾、解決電磁兼容問題、提高智能化電器的可靠性和適應性，加快產品化進程，已經成為目前工程設計人員必須考慮的問題。
2 低壓電器抗擾度性能及試驗要求
現行的電磁兼容標準IEC 6094721規定了低壓電器的抗擾度試驗項目，包括浪涌（沖擊）抗擾度試驗（GB/T17626.5）、電快速瞬變脈沖群抗擾度試驗（GB/T17626.4）、射頻電磁場輻射抗擾度試驗（GB/T17626.3）和靜電放電抗擾度試驗（GB/T17626.2）。
浪涌是指低壓電器在開關操作或被雷擊時，在電網或通信線上產生的暫態過電壓或過電流。浪涌呈脈沖狀，其波前時間為數微秒，脈沖半峰值時間從幾十微秒到幾百微秒，脈沖幅度從幾百伏到幾萬伏，或從幾百安到一百千安，是一種能量較大的騷擾。
電快速瞬變脈沖群是指在同一供電回路中其他用電器(或設備)在工作過程中(如開關、繼電器等在使用時)產生的瞬態脈沖群。如果電感性負載多次重復切換,則脈沖群會以相應的時間間隔多次重復出現，且有脈沖上升時間短、重復率高和能量低、頻譜分布較寬等特點。
電磁輻射一些來自于有意產生的電磁輻射源，一些來自于設備無意產生的雜散輻射，如晶閘管整流器、熒光燈、感性負載的開關操作等。射頻電磁場輻射抗擾度試驗是為評定產品對射頻電磁場抗擾度的水平而進行的。
靜電放電抗擾度試驗是為了評定產品對靜電放電抗擾度的水平而進行的。試驗模擬操作人員或物體在接觸設備時的放電及人或物體對鄰近物體的放電，考核被試設備抗靜電放電干擾的能力。
總體上講，對于各種低壓電器產品，IEC6094721沒有規定具體的判別標準，而是由產品標準依據產品的不同特點來規定具體的試驗要求條件和水平。
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3 智能化低壓電器產品電磁干擾常見問題及解決方案探討
智能化電器的系統一般采用單片機控制技術和開關電源供電方式，本身具有“弱電”和“強電”相混合的特點。產品在現場使用時，往往會處于高電壓、強電流的電磁場中。
筆者在對一種智能低壓接觸器進行研究的過程中發現，對未考慮電磁兼容要求的樣機進行上述抗擾度試驗測試，會出現各類的不正常工作情況，通過對這些問題的分析，采取了相應的改進措施。
3.1 浪涌（沖擊）抗擾度試驗過程出現的問題及解決方案
在樣機的電源端L線與N線間加入電壓為1kV，周期為20s的正負脈沖各5個，接觸器在原來吸持的狀態下跳開，出現誤動作。若將電壓加大，甚至出現開關電源燒毀的現象。
針對以上現象，考慮在電源電路中增加浪涌抑制器件。常用的浪涌抑制器件有氣體放電管、氧化鋅壓敏電阻、瞬態電壓抑制器、硅二極管等。它們的工作原理不同，但有相似的伏安特性，即兩端的電壓低于規定電壓后，通過電流很小，而當兩端電壓高于規定電壓后，通過電流會呈指數規律增長。
這一伏案特性使其能同時滿足浪涌抑制泄流和限幅的要求，因而也就稱為浪涌抑制的主導器件。尤其是氧化鋅壓敏電阻，不僅限幅電壓可以很低，導通電流也可以很大，價格又便宜，已經成為電氣設計師首選的浪涌抑制器件。
因此，采取的解決方案是在火線零線之間，火線對地以及零線對地之間跨接型號為TVR14391的氧化鋅壓敏電阻，通過測試證明，此壓敏電阻確實對抗雷擊浪涌起到關鍵性作用。同時，在電源電路中串接一個型號為5D-11的功率型熱敏電阻，它的體積小、功率大、反應速度快，對抑制浪涌也起到較大作用。
3.2 靜電放電抗擾度試驗過程出現的問題及解決方案
靜電放電抗擾度試驗包括兩個方面，一個是直接放電，用放電槍電極直接對準被試物體的試驗點實施放電；而另一個間接放電則是用放電槍電極對被試物體附近的耦合板(垂直的、水平的)實施放電。
實際測試時，將樣機整機封裝，采用8kV正極性試驗電壓，對水平板和垂直板進行間接放電，并對機箱邊框、扶手等金屬件及按鍵、顯示窗口等位置進行直接放電，出現的問題是LED顯示亂碼。此時用示波器測試單片機復位腳，可明顯觀測到多個周期的正弦波，幅度十幾伏左右，周期為納秒級。說明放電現象引起了單片機的復位，無法使其正常工作。
針對這種問題，一方面考慮“接地”改進，主要是為了更好地泄放靜電放電電荷。具體的措施有增加鋪地的區域：在印制板上把沒被用上的地方都與地相連接作為地線用，并通過過孔將正反兩面的鋪地(覆銅)連接起來；或者在電源、地線之間加上去耦電容，用來濾除高頻器件在PCB電源或芯片電源腳上引起的輻射電流。
另一方面，靜電防護的有效辦法是屏蔽。可以考慮將樣機的面板換為有機玻璃面板。
通過以上改進措施，樣機能順利通過±8 kV(間接放電)和±15 kV(直接放電)的測試，抗干擾效果相當明顯。
3.3電快速瞬變脈沖群抗擾度試驗過程出現的問題及解決方案
利用群脈沖發生器產生脈沖，從電源輸入到樣機。受試端口為L線，電壓1kV，重復頻率5kHz，持續時間100s。出現的問題是LED顯示閃爍，接觸器不能穩定吸合。脈沖群消失后工作正常。其原因是樣機受到了傳導和輻射的復合干擾。主要的解決措施是濾波(電源線和信號線的濾波)及吸收(用鐵氧體磁芯來吸收)。特別是采用鐵氧體磁環吸收的方案，相比電源濾波器而言，其做法更加經濟有效。
通過以上設計整改，樣機在福建省中心檢驗所通過了抗擾度的4項試驗項目，試驗過程中樣機工作正常，電磁兼容性良好。
4 結束語
本文基于對智能低壓電器中電磁兼容問題的分析，提出了一些相應的對策，并針對一種智能低壓接觸器的樣機進行EMC設計和整改，提高了其可靠性和穩定性，也為同類電器產品的電磁兼容優化設計提供了參考方案。
