中心議題：

• 智能化低壓電器產(chǎn)品電磁兼容設(shè)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(jìn)展，然而，隨著技術(shù)的發(fā)展和對環(huán)境要求的提高，對電器產(chǎn)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(yīng)性，加快產(chǎn)品化進(jìn)程，已經(jīng)成為目前工程設(shè)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(xiàn)行的電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)IEC 6094721規(guī)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(guān)操作或被雷擊時，在電網(wǎng)或通信線上產(chǎn)生的暫態(tài)過電壓或過電流。浪涌呈脈沖狀，其波前時間為數(shù)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(shè)備)在工作過程中(如開關(guān)、繼電器等在使用時)產(chǎn)生的瞬態(tài)脈沖群。如果電感性負(fù)載多次重復(fù)切換,則脈沖群會以相應(yīng)的時間間隔多次重復(fù)出現(xiàn)，且有脈沖上升時間短、重復(fù)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(chǎn)生的電磁輻射源，一些來自于設(shè)備無意產(chǎn)生的雜散輻射，如晶閘管整流器、熒光燈、感性負(fù)載的開關(guān)操作等。射頻電磁場輻射抗擾度試驗是為評定產(chǎn)品對射頻電磁場抗擾度的水平而進(jìn)行的。

靜電放電抗擾度試驗是為了評定產(chǎn)品對靜電放電抗擾度的水平而進(jìn)行的。試驗?zāi)M操作人員或物體在接觸設(shè)備時的放電及人或物體對鄰近物體的放電，考核被試設(shè)備抗靜電放電干擾的能力。

總體上講，對于各種低壓電器產(chǎn)品，IEC6094721沒有規(guī)定具體的判別標(biāo)準(zhǔn)，而是由產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)依據(jù)產(chǎn)品的不同特點來規(guī)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(chǎn)品電磁干擾常見問題及解決方案探討

智能化電器的系統(tǒng)一般采用單片機(jī)控制技術(shù)和開關(guān)電源供電方式，本身具有“弱電”和“強(qiáng)電”相混合的特點。產(chǎn)品在現(xiàn)場使用時，往往會處于高電壓、強(qiáng)電流的電磁場中。

筆者在對一種智能低壓接觸器進(jìn)行研究的過程中發(fā)現(xiàn)，對未考慮電磁兼容要求的樣機(jī)進(jìn)行上述抗擾度試驗測試，會出現(xiàn)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(yīng)的改進(jìn)措施。

3.1 浪涌（沖擊）抗擾度試驗過程出現(xiàn)的問題及解決方案
在樣機(jī)的電源端L線與N線間加入電壓為1kV，周期為20s的正負(fù)脈沖各5個，接觸器在原來吸持的狀態(tài)下跳開，出現(xiàn)誤動作。若將電壓加大，甚至出現(xiàn)開關(guān)電源燒毀的現(xiàn)象。

針對以上現(xiàn)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(tài)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(guī)定電壓后，通過電流很小，而當(dāng)兩端電壓高于規(guī)定電壓后，通過電流會呈指數(shù)規(guī)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(dǎo)器件。尤其是氧化鋅壓敏電阻，不僅限幅電壓可以很低，導(dǎo)通電流也可以很大，價格又便宜，已經(jīng)成為電氣設(shè)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(guān)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(yīng)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(xiàn)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(zhǔn)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(jī)整機(jī)封裝，采用8kV正極性試驗電壓，對水平板和垂直板進(jìn)行間接放電，并對機(jī)箱邊框、扶手等金屬件及按鍵、顯示窗口等位置進(jìn)行直接放電，出現(xiàn)的問題是LED顯示亂碼。此時用示波器測試單片機(jī)復(fù)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(xiàn)象引起了單片機(jī)的復(fù)位，無法使其正常工作。

針對這種問題，一方面考慮“接地”改進(jìn)，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(qū)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(hù)的有效辦法是屏蔽。可以考慮將樣機(jī)的面板換為有機(jī)玻璃面板。

通過以上改進(jìn)措施，樣機(jī)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(dāng)明顯。

3.3電快速瞬變脈沖群抗擾度試驗過程出現(xiàn)的問題及解決方案
利用群脈沖發(fā)生器產(chǎn)生脈沖，從電源輸入到樣機(jī)。受試端口為L線，電壓1kV，重復(fù)頻率5kHz，持續(xù)時間100s。出現(xiàn)的問題是LED顯示閃爍，接觸器不能穩(wěn)定吸合。脈沖群消失后工作正常。其原因是樣機(jī)受到了傳導(dǎo)和輻射的復(fù)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(huán)吸收的方案，相比電源濾波器而言，其做法更加經(jīng)濟(jì)有效。

通過以上設(shè)計整改，樣機(jī)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(jī)工作正常，電磁兼容性良好。

4 結(jié)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(yīng)的對策，并針對一種智能低壓接觸器的樣機(jī)進(jìn)行EMC設(shè)計和整改，提高了其可靠性和穩(wěn)定性，也為同類電器產(chǎn)品的電磁兼容優(yōu)化設(shè)計提供了參考方案。