多功能電子電氣產(chǎn)品諧波電流檢測(cè)技術(shù)條款分析

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(wú)錫 214122)

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多功能電子電氣產(chǎn)品諧波電流檢測(cè)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(wú)錫 214122)

為制定多功能電子電氣產(chǎn)品諧波電流發(fā)射測(cè)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(cè)過(guò)程所遇到的一些實(shí)際問(wèn)題，提出了一種針對(duì)多功能產(chǎn)品諧波電流檢測(cè)的測(cè)試流程. 使用某型號(hào)帶有無(wú)線輸電功能的LED多功能燈具產(chǎn)品進(jìn)行諧波電流測(cè)試，結(jié)果發(fā)現(xiàn)如果按照當(dāng)前諧波標(biāo)準(zhǔn)中C類(lèi)設(shè)備的限值，其諧波電流不符合標(biāo)準(zhǔn)的要求. 對(duì)IEC 61000-3-2未來(lái)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(shì)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(duì)諧波標(biāo)準(zhǔn)開(kāi)展修訂工作.

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

0 引 言

隨著各類(lèi)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(wú)線輸電技術(shù)的無(wú)尾家電產(chǎn)品，新型含無(wú)線輸電功能模塊的各類(lèi)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(tīng)功能在內(nèi)的采取集中無(wú)線供電模式的無(wú)線輸電站系統(tǒng)等，是一些典型的多功能信息技術(shù)類(lèi)電子電氣產(chǎn)品.

目前已經(jīng)有大量文獻(xiàn)對(duì)這類(lèi)產(chǎn)品的運(yùn)行原理[1,2]、 標(biāo)準(zhǔn)化發(fā)展[3,4]等展開(kāi)了研究. 在電磁兼容檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)中還未指定針對(duì)多功能產(chǎn)品特征的檢測(cè)流程及具體測(cè)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(cè)，對(duì)其測(cè)試要求與測(cè)試流程展開(kāi)研究，對(duì)未來(lái)這類(lèi)產(chǎn)品的諧波電流檢測(cè)的標(biāo)準(zhǔn)修訂提出意見(jiàn)和建議.

1 多功能電子電氣產(chǎn)品介紹

當(dāng)前各類(lèi)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(lèi)電子產(chǎn)品的無(wú)線輸電系統(tǒng)、 模糊控制系統(tǒng)等最為熱點(diǎn). 大量此類(lèi)新型產(chǎn)品集成了具有無(wú)線輸電功能的電磁場(chǎng)耦合模塊，觸摸感應(yīng)芯片模塊等. 我國(guó)海爾集團(tuán)控股的青島眾海匯智能源公司，在國(guó)內(nèi)已經(jīng)開(kāi)發(fā)了大功率(100～2 000 W)無(wú)線供電的家電產(chǎn)品，集成了無(wú)線輸電模塊的LED電子照明裝置、 帶有無(wú)線輸電模塊的音響系統(tǒng)等.

國(guó)外如Philips公司生產(chǎn)的觸摸感應(yīng)開(kāi)關(guān)的電吹風(fēng)等產(chǎn)品，這類(lèi)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(lèi)新型產(chǎn)品有與傳統(tǒng)產(chǎn)品不同的測(cè)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(pán)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(lái)不到0.5 PF的電容變化. 測(cè)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(cè)量系統(tǒng)的結(jié)果.

針對(duì)典型的多功能產(chǎn)品如智能觸控電吹風(fēng)、 集成無(wú)線輸電功能的LED燈具等，已經(jīng)開(kāi)始大量上市. 未來(lái)將有大量的此類(lèi)多功能產(chǎn)品不斷接入現(xiàn)有的電力網(wǎng)絡(luò)，這對(duì)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(lèi)產(chǎn)品的測(cè)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(cè)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(lèi)條款中[5,6]，對(duì)設(shè)備的諧波發(fā)射電平給出了具體的要求和分類(lèi). 通常在工程上使用電流參數(shù)來(lái)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(méi)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(cè)試時(shí)，需要按照GB 17625.1-2012標(biāo)準(zhǔn)中附錄C的要求對(duì)待測(cè)物進(jìn)行測(cè)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(lèi)待測(cè)產(chǎn)品的主要用途. 但是對(duì)于多功能的電子電氣產(chǎn)品，需要測(cè)試其最?lèi)毫拥臓顟B(tài). 這就需要對(duì)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(cè)技術(shù)要求

從設(shè)備的功能、 功率以及其他宏觀特征來(lái)看，含有諸如無(wú)線輸電功能的多功能產(chǎn)品，例如，基于無(wú)線輸電技術(shù)的無(wú)尾家電產(chǎn)品，可以納入A類(lèi)設(shè)備范圍. 這也符合標(biāo)準(zhǔn)[5]對(duì)于設(shè)備分類(lèi)的要求. 但是，對(duì)于某些多功能產(chǎn)品，在測(cè)試時(shí)與通常的樣品檢測(cè)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(duì)于在標(biāo)準(zhǔn)[5]的附錄C中未列出的設(shè)備，發(fā)射測(cè)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(cè)量THC值或?qū)ふ易類(lèi)毫訝顟B(tài)下的發(fā)射. 但實(shí)際試驗(yàn)中，待測(cè)物的工況模式，是與最?lèi)毫訝顟B(tài)下的發(fā)射狀態(tài)一致的.

以諧波電流測(cè)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(lèi)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(cè)量諧波電流. 同時(shí)，為對(duì)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(cè)樣品被分成5個(gè)等間隔功率檔位分別進(jìn)行測(cè)試時(shí)，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)[5]中7.3 a條款的要求，測(cè)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(guò)最大負(fù)荷條件下允許的電流值.

與傳統(tǒng)燈具類(lèi)產(chǎn)品相類(lèi)似，一些諸如含無(wú)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(wú)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(cè)試情況發(fā)現(xiàn)，在產(chǎn)品的運(yùn)行過(guò)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(wú)線輸電功能的電磁場(chǎng)耦合模塊易遭受周邊電磁場(chǎng)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(duì)此類(lèi)產(chǎn)品的測(cè)試過(guò)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(guò)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(cè)試過(guò)程中記錄待測(cè)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(lèi)產(chǎn)品諧波電流檢測(cè)的技術(shù)要求，對(duì)這類(lèi)產(chǎn)品的諧波電流檢測(cè)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(kāi)啟待測(cè)物的所有功能，使用可以記錄待測(cè)物工況信息的電參數(shù)測(cè)試儀或者其他類(lèi)似裝置，調(diào)整測(cè)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(cè)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(cè)物工況信息的儀器得到的宏觀電學(xué)參量，把待測(cè)物接入測(cè)試系統(tǒng)中進(jìn)行諧波電流測(cè)試.

4 測(cè)試數(shù)據(jù)及結(jié)果分析

4.1 測(cè)試樣品描述

對(duì)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(guò)程中[11,12]. 根據(jù)上文對(duì)多功能產(chǎn)品的檢測(cè)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(wú)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(lèi).

實(shí)驗(yàn)中選擇一個(gè)由海爾公司生產(chǎn)的帶有無(wú)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(wú)線充電額定功率為10 W，記作樣品A. 測(cè)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(wú)線輸電，因此在試驗(yàn)時(shí)設(shè)備分類(lèi)存在困難. 本文試驗(yàn)過(guò)程中采用C類(lèi)產(chǎn)品的限值.

4.2 測(cè)試數(shù)據(jù)

經(jīng)對(duì)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(cè)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(lèi)設(shè)備進(jìn)行評(píng)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(duì)樣品A進(jìn)行測(cè)試過(guò)程中，從測(cè)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(lèi)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(duì)于產(chǎn)品的分類(lèi)，根據(jù)現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)條款，較難以明確劃歸為某一類(lèi)設(shè)備，即可從設(shè)備功能上將其劃歸為多個(gè)類(lèi)別，這樣對(duì)于這類(lèi)設(shè)備的測(cè)試判斷就會(huì)引起爭(zhēng)議. 今后如何應(yīng)用諧波電流標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測(cè)試，還需要經(jīng)過(guò)專(zhuān)家多次論證和研討. 這也是今后諧波電流測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)修訂的研究方向.

圖 1 樣品A諧波電流測(cè)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(shì)分析

未來(lái)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(wú)線輸電模式的LED燈具，無(wú)線充電裝置，帶觸控裝置的各種家用電器等等. 對(duì)于此類(lèi)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(píng)估和分析. 據(jù)目前各類(lèi)研究資料的結(jié)果分析所知，各種類(lèi)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(lèi)新的多功能產(chǎn)品同時(shí)使用時(shí)，對(duì)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(duì)于IEC 61000-3-2的最新修訂意見(jiàn)[7-10]，考慮到當(dāng)前消費(fèi)市場(chǎng)大量出現(xiàn)的諸如集成無(wú)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(duì)這類(lèi)新型多功能產(chǎn)品確定合理的諧波電流測(cè)試技術(shù)規(guī)范，以使得大量使用的此類(lèi)產(chǎn)品產(chǎn)生的諧波電流對(duì)供電網(wǎng)絡(luò)的影響在可控范圍內(nèi).

6 結(jié) 論

本文通過(guò)分析新型多功能電子電氣產(chǎn)品諧波電流檢測(cè)過(guò)程中所遇到的一些實(shí)際問(wèn)題，提出了一種可行的測(cè)試流程. 根據(jù)流程描述和某實(shí)際樣品測(cè)試案例的數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)： 如果按照C類(lèi)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(duì)IEC 61000-3-2未來(lái)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(cè)物實(shí)際提供的功能，對(duì)該設(shè)備進(jìn)行分類(lèi). 如何對(duì)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(cè)試標(biāo)準(zhǔn)修訂工作中一項(xiàng)重要的研究?jī)?nèi)容.

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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(guó)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(jí)工程師，教授，博士，主要從事電磁兼容，安全性能檢測(cè)研究.

TN98

A

10.3969/j.issn.1671-7449.2016.06.012