扈羅全，劉小林，俞建峰

(1. 蘇州出入境檢驗(yàn)檢疫局，江蘇 蘇州 215104； 2. 蘇州大學(xué) 城市軌道交通學(xué)院，江蘇 蘇州 215021； 3. 江南大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院，江蘇 無錫 214122)

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多功能電子電氣產(chǎn)品諧波電流檢測技術(shù)條款分析

扈羅全1,2，劉小林2，俞建峰3

(1. 蘇州出入境檢驗(yàn)檢疫局，江蘇 蘇州 215104； 2. 蘇州大學(xué) 城市軌道交通學(xué)院，江蘇 蘇州 215021； 3. 江南大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院，江蘇 無錫 214122)

為制定多功能電子電氣產(chǎn)品諧波電流發(fā)射測試的技術(shù)細(xì)則，分析了新型多功能電子電氣產(chǎn)品諧波電流檢測過程所遇到的一些實(shí)際問題，提出了一種針對多功能產(chǎn)品諧波電流檢測的測試流程. 使用某型號帶有無線輸電功能的LED多功能燈具產(chǎn)品進(jìn)行諧波電流測試，結(jié)果發(fā)現(xiàn)如果按照當(dāng)前諧波標(biāo)準(zhǔn)中C類設(shè)備的限值，其諧波電流不符合標(biāo)準(zhǔn)的要求. 對IEC 61000-3-2未來標(biāo)準(zhǔn)中涉及帶有多功能產(chǎn)品技術(shù)條款的標(biāo)準(zhǔn)修訂趨勢進(jìn)行了分析，提出在標(biāo)準(zhǔn)中附錄C部分應(yīng)增加合適的技術(shù)條款，用以對諧波標(biāo)準(zhǔn)開展修訂工作.

電磁兼容； 諧波電流發(fā)射測試流程； 諧波標(biāo)準(zhǔn)

0 引 言

隨著各類新技術(shù)不斷涌現(xiàn)，各種新型多功能產(chǎn)品陸續(xù)研發(fā)上市. 作為當(dāng)前技術(shù)新寵的新型多功能系統(tǒng)、 設(shè)備和產(chǎn)品，已經(jīng)快速在產(chǎn)品研發(fā)端發(fā)展壯大. 例如，基于無線輸電技術(shù)的無尾家電產(chǎn)品，新型含無線輸電功能模塊的各類產(chǎn)品和設(shè)備，帶有模糊控制或觸摸式傳感器的家電產(chǎn)品，集合了照明、 電源參數(shù)適配、 試聽功能在內(nèi)的采取集中無線供電模式的無線輸電站系統(tǒng)等，是一些典型的多功能信息技術(shù)類電子電氣產(chǎn)品.

目前已經(jīng)有大量文獻(xiàn)對這類產(chǎn)品的運(yùn)行原理[1,2]、 標(biāo)準(zhǔn)化發(fā)展[3,4]等展開了研究. 在電磁兼容檢測標(biāo)準(zhǔn)中還未指定針對多功能產(chǎn)品特征的檢測流程及具體測試操作，研究成果較少. 本文結(jié)合多功能電子電氣產(chǎn)品諧波電流檢測，對其測試要求與測試流程展開研究，對未來這類產(chǎn)品的諧波電流檢測的標(biāo)準(zhǔn)修訂提出意見和建議.

1 多功能電子電氣產(chǎn)品介紹

當(dāng)前各類新技術(shù)發(fā)展迅猛，以移動(dòng)通訊產(chǎn)品、 便攜式消費(fèi)類電子產(chǎn)品的無線輸電系統(tǒng)、 模糊控制系統(tǒng)等最為熱點(diǎn). 大量此類新型產(chǎn)品集成了具有無線輸電功能的電磁場耦合模塊，觸摸感應(yīng)芯片模塊等. 我國海爾集團(tuán)控股的青島眾海匯智能源公司，在國內(nèi)已經(jīng)開發(fā)了大功率(100～2 000 W)無線供電的家電產(chǎn)品，集成了無線輸電模塊的LED電子照明裝置、 帶有無線輸電模塊的音響系統(tǒng)等.

國外如Philips公司生產(chǎn)的觸摸感應(yīng)開關(guān)的電吹風(fēng)等產(chǎn)品，這類新產(chǎn)品集成了傳統(tǒng)電加熱功能和新型的微電子控制技術(shù)，因此，這類新型產(chǎn)品有與傳統(tǒng)產(chǎn)品不同的測試要求. 當(dāng)前觸摸感應(yīng)面板使用的主流技術(shù)，是電容感應(yīng)技術(shù). 人體手指在感應(yīng)盤上會(huì)產(chǎn)生電容變化，盡管該電容發(fā)生的變化極小. 隨著傳感器模塊中隔離的絕緣面板厚度增加，電容的大小會(huì)發(fā)生指數(shù)降低的衰減. 大概隔5 mm的鋼化玻璃后，人體手指觸摸只能帶來不到0.5 PF的電容變化. 測試這樣微小電容量，環(huán)境濕度和溫度的變化、 電磁干擾等，都會(huì)明顯影響測量系統(tǒng)的結(jié)果.

針對典型的多功能產(chǎn)品如智能觸控電吹風(fēng)、 集成無線輸電功能的LED燈具等，已經(jīng)開始大量上市. 未來將有大量的此類多功能產(chǎn)品不斷接入現(xiàn)有的電力網(wǎng)絡(luò)，這對公用供電網(wǎng)絡(luò)會(huì)產(chǎn)生各種影響，有可能出現(xiàn)一些令人擔(dān)憂的諧波騷擾等現(xiàn)象. 因此，需研究此類產(chǎn)品的測試技術(shù)要求，分析其可能產(chǎn)生的各種電磁學(xué)效應(yīng).

2 傳統(tǒng)單功能產(chǎn)品的諧波電流檢測規(guī)范要求

在標(biāo)準(zhǔn)GB 17625.1-2012(等同于IEC 61000-3-2： 2009)關(guān)于設(shè)備的分類條款中[5,6]，對設(shè)備的諧波發(fā)射電平給出了具體的要求和分類. 通常在工程上使用電流參數(shù)來表示，這是因?yàn)殡娏骰旧?并非全部)與供電系統(tǒng)的阻抗相獨(dú)立. 而設(shè)備的電壓畸變幾乎與供電系統(tǒng)阻抗成比例關(guān)系，沒有一個(gè)固定的值. 一個(gè)產(chǎn)品從供電系統(tǒng)中引起的非線性電流可以成為一個(gè)正弦電流，與發(fā)射到供電系統(tǒng)中的諧波電流極性相反.

在進(jìn)行諧波電流測試時(shí)，需要按照GB 17625.1-2012標(biāo)準(zhǔn)中附錄C的要求對待測物進(jìn)行測試. 附錄C中不包括多功能產(chǎn)品. 根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)給出的原則要求，只需考慮某類待測產(chǎn)品的主要用途. 但是對于多功能的電子電氣產(chǎn)品，需要測試其最惡劣的狀態(tài). 這就需要對產(chǎn)品的各種功能進(jìn)行有效的調(diào)試，以盡可能使得多功能產(chǎn)品運(yùn)行在最大的負(fù)載狀態(tài).

3 多功能產(chǎn)品的諧波電流檢測技術(shù)要求

從設(shè)備的功能、 功率以及其他宏觀特征來看，含有諸如無線輸電功能的多功能產(chǎn)品，例如，基于無線輸電技術(shù)的無尾家電產(chǎn)品，可以納入A類設(shè)備范圍. 這也符合標(biāo)準(zhǔn)[5]對于設(shè)備分類的要求. 但是，對于某些多功能產(chǎn)品，在測試時(shí)與通常的樣品檢測流程出現(xiàn)不一樣的結(jié)果. 例如，標(biāo)準(zhǔn)[5]中條款6.2.1 “試驗(yàn)配置”中明確指出： 對于在標(biāo)準(zhǔn)[5]的附錄C中未列出的設(shè)備，發(fā)射測量應(yīng)在用戶操作控制下，或自動(dòng)程序設(shè)定在正常工作狀態(tài)下，預(yù)計(jì)產(chǎn)生最大總諧波電流(THC)的模式進(jìn)行. 該條款還同時(shí)指出，這是規(guī)定了發(fā)射試驗(yàn)時(shí)設(shè)備的配置要求，并不是要求測量THC值或?qū)ふ易類毫訝顟B(tài)下的發(fā)射. 但實(shí)際試驗(yàn)中，待測物的工況模式，是與最惡劣狀態(tài)下的發(fā)射狀態(tài)一致的.

以諧波電流測試標(biāo)準(zhǔn)[5]中附錄C.5.3條款為例進(jìn)行分析. 若燈具類產(chǎn)品裝有內(nèi)置式調(diào)光器，則應(yīng)按制造商規(guī)定的燈的最大負(fù)荷測量諧波電流. 同時(shí)，為對樣品的諧波電流發(fā)射性能獲得全面的結(jié)論，在最小功率和最大功率之間分為5個(gè)等間隔，用以改變調(diào)光裝置的設(shè)定值. 當(dāng)被測樣品被分成5個(gè)等間隔功率檔位分別進(jìn)行測試時(shí)，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)[5]中7.3 a條款的要求，測試結(jié)果需要與最大負(fù)荷條件下的限值進(jìn)行比較. 因此在任何調(diào)光位置，諧波電流不應(yīng)超過最大負(fù)荷條件下允許的電流值.

與傳統(tǒng)燈具類產(chǎn)品相類似，一些諸如含無線輸電功能的多功能產(chǎn)品具有不同的功能，在不同工況下存在不同的運(yùn)行功率. 以含無線輸電功能的多功能產(chǎn)品為例，實(shí)驗(yàn)中根據(jù)實(shí)際測試情況發(fā)現(xiàn)，在產(chǎn)品的運(yùn)行過程中，功率會(huì)發(fā)生微小的變化. 經(jīng)分析，發(fā)現(xiàn)其主要原因是集成了無線輸電功能的電磁場耦合模塊易遭受周邊電磁場環(huán)境的干擾影響. 因此在多數(shù)情況下，用于確定采用限值標(biāo)準(zhǔn)的功率，要求其數(shù)值變化要小，因而對此類產(chǎn)品的測試過程更為嚴(yán)格. 故而在選擇限值標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，需要使用與運(yùn)行工況下的實(shí)際功率檔位相應(yīng)的限值進(jìn)行比較，同時(shí)需要在樣品正常運(yùn)行過程中，記錄其運(yùn)行功率，并涵蓋其最大運(yùn)行負(fù)荷條件，以便與限值進(jìn)行比較. 目前，在測試過程中記錄待測樣品的工況參數(shù)，在標(biāo)準(zhǔn)[5]中并不是強(qiáng)制性的要求.

根據(jù)多功能產(chǎn)品的特性，結(jié)合標(biāo)準(zhǔn)[5]中的具體要求，結(jié)合上文分析的該類產(chǎn)品諧波電流檢測的技術(shù)要求，對這類產(chǎn)品的諧波電流檢測流程建議如下：

1) 按照附錄C中要求進(jìn)行實(shí)驗(yàn)布置；

2) 開啟待測物的所有功能，使用可以記錄待測物工況信息的電參數(shù)測試儀或者其他類似裝置，調(diào)整測試裝置各部件的功能和安放位置，以使得多功能產(chǎn)品運(yùn)行負(fù)載最大；

3) 觀察待測物的宏觀電學(xué)參數(shù)，在數(shù)分鐘內(nèi)待該參數(shù)穩(wěn)定(根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)[5]6.2.3.1條款的要求，參數(shù)變化范圍±5%之間)；

4) 記錄待測物工況信息的儀器得到的宏觀電學(xué)參量，把待測物接入測試系統(tǒng)中進(jìn)行諧波電流測試.

4 測試數(shù)據(jù)及結(jié)果分析

4.1 測試樣品描述

對于新近出現(xiàn)的多功能產(chǎn)品，IEC標(biāo)準(zhǔn)化組織正在進(jìn)行修訂和技術(shù)方案征集過程中[11,12]. 根據(jù)上文對多功能產(chǎn)品的檢測流程建議，在以下分析中，根據(jù)實(shí)際情況，把待研究的帶有無線輸電模塊的多功能產(chǎn)品以其主要用途進(jìn)行產(chǎn)品分類.

實(shí)驗(yàn)中選擇一個(gè)由海爾公司生產(chǎn)的帶有無線輸電功能的LED燈具產(chǎn)品，其照明電路額定功率為8 W，無線充電額定功率為10 W，記作樣品A. 測試工作電壓為220 V，頻率50 Hz. 因樣品主要用途為照明，但是功率消耗的主要功能卻為無線輸電，因此在試驗(yàn)時(shí)設(shè)備分類存在困難. 本文試驗(yàn)過程中采用C類產(chǎn)品的限值.

4.2 測試數(shù)據(jù)

經(jīng)對樣品進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，從表 1 可得出結(jié)論，該樣品諧波電流測試不符合現(xiàn)版諧波電流標(biāo)準(zhǔn)[5]的要求.

表 1 樣品A的 3次及5次諧波分量(按C類設(shè)備進(jìn)行評估)

Tab.1 3rdand 4thharmonic current of sample A

諧波次數(shù)諧波電流值/%100%諧波電流限值諧波電流值與諧波電流限值之比%395．9086111．51591．8161150．51

在對樣品A進(jìn)行測試過程中，從測試數(shù)據(jù)中可以發(fā)現(xiàn)，該樣品的諧波電流如果按照C類設(shè)備的限值，不符合標(biāo)準(zhǔn)的要求. 但由于多功能產(chǎn)品在設(shè)備功能上，具有跨界功能，對于產(chǎn)品的分類，根據(jù)現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)條款，較難以明確劃歸為某一類設(shè)備，即可從設(shè)備功能上將其劃歸為多個(gè)類別，這樣對于這類設(shè)備的測試判斷就會(huì)引起爭議. 今后如何應(yīng)用諧波電流標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測試，還需要經(jīng)過專家多次論證和研討. 這也是今后諧波電流測試標(biāo)準(zhǔn)修訂的研究方向.

圖 1 樣品A諧波電流測試波形圖(圖中的峰狀不規(guī)則曲線)Fig.1 Current profile under the harmonic current testing of sample A

圖 2 樣品A的諧波分量柱狀圖數(shù)據(jù)Fig.2 Histogram of harmonic current of sample A

5 諧波標(biāo)準(zhǔn)涉及帶有多功能產(chǎn)品技術(shù)條款的修訂趨勢分析

未來將會(huì)出現(xiàn)大量使用各種新技術(shù)集成的多功能產(chǎn)品，例如新型的帶有無線輸電模式的LED燈具，無線充電裝置，帶觸控裝置的各種家用電器等等. 對于此類產(chǎn)品的諧波電流發(fā)射及相關(guān)限值，需要從標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)條款層面，進(jìn)行科學(xué)評估和分析. 據(jù)目前各類研究資料的結(jié)果分析所知，各種類型的多功能產(chǎn)品在工作時(shí)，會(huì)產(chǎn)生一定程度的諧波電流. 當(dāng)大量的此類新的多功能產(chǎn)品同時(shí)使用時(shí)，對供電網(wǎng)絡(luò)饋入的各次諧波有可能非常嚴(yán)重.

根據(jù)IEC/SC77A/WG-1對于IEC 61000-3-2的最新修訂意見[7-10]，考慮到當(dāng)前消費(fèi)市場大量出現(xiàn)的諸如集成無線輸電模塊等多功能產(chǎn)品，由于其功率等電學(xué)參數(shù)通常變化較大，因此需要根據(jù)實(shí)際情況，對這類新型多功能產(chǎn)品確定合理的諧波電流測試技術(shù)規(guī)范，以使得大量使用的此類產(chǎn)品產(chǎn)生的諧波電流對供電網(wǎng)絡(luò)的影響在可控范圍內(nèi).

6 結(jié) 論

本文通過分析新型多功能電子電氣產(chǎn)品諧波電流檢測過程中所遇到的一些實(shí)際問題，提出了一種可行的測試流程. 根據(jù)流程描述和某實(shí)際樣品測試案例的數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)： 如果按照C類設(shè)備的限值，該多功能電子電氣樣品不符合現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)的要求. 對IEC 61000-3-2未來標(biāo)準(zhǔn)中附錄C部分的技術(shù)條款可以進(jìn)行技術(shù)層面的修改. 一種可行的途徑是，在該標(biāo)準(zhǔn)附錄C中增加“C. 16 多功能設(shè)備的試驗(yàn)條件”. 根據(jù)待測物實(shí)際提供的功能，對該設(shè)備進(jìn)行分類. 如何對該新技術(shù)條款進(jìn)行科學(xué)而詳盡的描述，是今后諧波電流發(fā)射測試標(biāo)準(zhǔn)修訂工作中一項(xiàng)重要的研究內(nèi)容.

[1] 翟淵，孫躍，蘇玉剛，等. 具有恒壓特性的磁共振模式無線供電系統(tǒng)[J]. 電工技術(shù)學(xué)報(bào)，2015，29(9)： 12-16. Zhai Yuan，Sun Yue，Su Yugang，et al. Magnetic resonance wireless power supply system with characteristics of constant voltage[J]. Trans. of China Electro. Soc. 2015，29(9)： 12-16. (in Chinese)

[2] 程時(shí)杰，陳小良，王軍華，等. 無線輸電關(guān)鍵技術(shù)及其應(yīng)用[J]. 電工技術(shù)學(xué)報(bào)，2015，30(19)： 68-84. Cheng Shijie，Chen Xiaoliang，Wang Junhua，et al. Key technologies and applications of wireless power transmission[J]. Trans. of China Electro. Soc.，2015，30(19)： 68-84. (in Chinese)

[3] 張開洪，顏禹，張歡韻，等. 電場耦合式無線供電技術(shù)研究[J]. 電源技術(shù)，2015(5): 997-1000. Zhang Kaihong，Yan Yu，Zhang Huanyun, et al. Study on electric field coupling wireless power supply technology[J]. Power Technology，2015(5): 997-1000.(in Chinese)

[4] Kurs A，Moffatt R，Soljacic M. Simultaneous mid-range power transfer to multiple devices[J]. Applied Phy. Lett.，2010，96(4)： 23-30.

[5] GB17625.1-2012電磁兼容 限值 諧波電流發(fā)射限值(設(shè)備每相輸入電流≤16 A)[S]. 北京： 中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2012.

[6] IEC 61000-3-2： 2014 Electromagnetic compatibility (EMC)-Part3-2： Limits -Limits for harmonic current emissions (equipment input current ≤ 16A per phase ) [S]. Switzerland： IEC Press，2014.

[7] IEC TC 77A/903/DA Report on the activities of SC 77A/WG 1 between the 2013 and 2015 plenary meetings[S]. Switzerland： IEC Press，2015.

[8] IEC TC 77A/847/DC. Maintenance programme-Call for comments regarding maintenance of IEC 61000-3-2： Electromagnetic compatibility (EMC) - Part 3-2： Limits - Limits for harmonic current emissions (equipment input current ≤ 16 A per phase)[S]. Switzerland： IEC Press，2014.

[9] 扈羅全，劉小林，俞建峰. 無線輸電功能類產(chǎn)品諧波電流測試條件分析與對標(biāo)準(zhǔn)的建議[J]. 標(biāo)準(zhǔn)科學(xué)，2016，53(2)： 70-72. Hu Luoquan，Liu Xiaolin，Yu Jianfeng. The analysis of the testing configuration for products equipped with wireless transmission function and the advice for the harmonic standard[J]. Standard Science，2016，53(2)： 70-72. (in Chinese)

[10] IEC 61000-4-7： 2009. Electromagnetic compatibility (EMC)-Part 4-7： Testing and measurement techniques-General guide on harmonics and interharmonics measurements and instrumentation，for power supply systems and equipment connected thereto[S]. Switzerland，Geneva： IEC press，2009.

The Analysis of the Technical Clauses in the Harmonic Current Testing for Multi-Functional Products

HU Luoquan1,2，LIU Xiaolin2，YU Jianfeng3

(1. Suzhou Entry-Exit Inspection and Quarantine Bureau, Suzhou 215104, China； 2. School of Urban Rail Transportation, Suzhou University, Suzhou 215021, China； 3. School of Mechanical Engineering, Jiangnan University, Wuxi 214122，China)

In order to determine the technical clauses of harmonic current testing for the multi-functional products, some practical problems encountered in the process of the Harmonic Current Testing for Multi-Functional Products are analyzed. A kind of harmonic current testing procedure for multi-functional products is provided. A LED lamp equipped with wireless power transmission function is tested for the harmonic emission. The results show that if in accordance with the C standards in the current equipment harmonic limits, the harmonic current does not meet the standard requirements. The tendency of the amendment for the harmonic standard IEC 61000-3-2 in the future is analyzed. To carry out the revision work on the harmonic standard, the advice as an amendment clause for Appendix C in harmonic standard should be adopted

electromagnetic compatibility; harmonics current emission testing procedure; harmonic standards

1671-7449(2016)06-0518-05

2016-05-17

國家質(zhì)檢總局科研資助項(xiàng)目(2014IK192)； 江蘇出入境檢驗(yàn)檢疫局科研資助項(xiàng)目(2014KJ13、2015KJ11、2015KJ14)

扈羅全(1972-)，男，高級工程師，教授，博士，主要從事電磁兼容，安全性能檢測研究.

TN98

A

10.3969/j.issn.1671-7449.2016.06.012