多功能設(shè)備諧波電流測(cè)試方法及其在IEC 61000-3-2標(biāo)準(zhǔn)中的應(yīng)用

扈羅全，劉小林，向霞

（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.電子科技大學(xué)應(yīng)用物理系，四川 成都 610054）

多功能設(shè)備諧波電流測(cè)試方法及其在IEC 61000-3-2標(biāo)準(zhǔn)中的應(yīng)用

扈羅全1，2，劉小林2，向霞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.電子科技大學(xué)應(yīng)用物理系，四川 成都 610054）

研究在IEC 61000-3-2:2014標(biāo)準(zhǔn)中增加技術(shù)條款，以適應(yīng)新近出現(xiàn)的多功能設(shè)備的諧波電流發(fā)射測(cè)試。分析多功能設(shè)備的定義和分類問題，給出其相應(yīng)的定義及分類建議。根據(jù)現(xiàn)版IEC標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)要求，對(duì)多功能設(shè)備的諧波電流檢測(cè)技術(shù)要求進(jìn)行分析。對(duì)3種多功能設(shè)備樣品的測(cè)試數(shù)據(jù)和結(jié)果進(jìn)行分析，討論現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)對(duì)多功能設(shè)備的諧波電流測(cè)試可能存在的問題，提出針對(duì)這些問題的修改建議。按照IEC 61000-3-2標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)條款的格式等要求，形成該標(biāo)準(zhǔn)的修正文件內(nèi)容，為今后的標(biāo)準(zhǔn)修訂提供參考。

電磁兼容；諧波電流發(fā)射；測(cè)試儀器；標(biāo)準(zhǔn)；多功能設(shè)備

0 引言

隨著各類新技術(shù)不斷涌現(xiàn)，各種新型多功能設(shè)備陸續(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)、產(chǎn)品和設(shè)備，已經(jīng)快速在電子電氣產(chǎn)品終端市場上發(fā)展壯大。例如，基于無線輸電技術(shù)的無尾家電設(shè)備，新型含無線輸電功能模塊的各類設(shè)備，帶有模糊控制或觸摸式傳感器的家電設(shè)備，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電子電氣設(shè)備[1-3]。該類型的多功能設(shè)備，由于其具有多種用途，通常很難分清何種功能為其主要用途，未來將會(huì)出現(xiàn)大量此類新型設(shè)備，為避免此類設(shè)備產(chǎn)品在進(jìn)行諧波電流發(fā)射測(cè)試過程中出現(xiàn)分歧，需要對(duì)此類具有多種功能的設(shè)備進(jìn)行定義，對(duì)相關(guān)的諧波電流限值進(jìn)行分析和評(píng)估。

此外，新型多功能設(shè)備的有功功率通常較小。當(dāng)大量該類設(shè)備同時(shí)使用時(shí)，對(duì)供電網(wǎng)絡(luò)饋入的低次諧波因疊加效應(yīng)，有可能會(huì)比較嚴(yán)重。例如，一些給無線通信設(shè)備輸電的無線輸電設(shè)備，其功率通常在10W或以下。而一些具有無線輸電功能的電加熱器具，功率會(huì)在數(shù)千瓦以上。在制定針對(duì)小功率多功能設(shè)備、大功率多功能設(shè)備的諧波電流限值時(shí)，需要對(duì)有功功率、視在功率、功率因子、工作環(huán)境溫度、輸入電壓等因素進(jìn)行綜合評(píng)估，以利于該類新型設(shè)備的推廣和發(fā)展。目前對(duì)于該類產(chǎn)品如何進(jìn)行諧波電流測(cè)試，還未進(jìn)行系統(tǒng)的研究。本文根據(jù)多功能電子電氣設(shè)備的特點(diǎn)，結(jié)合諧波電流發(fā)射測(cè)試的原理，對(duì)該問題展開了研究，結(jié)果可作為今后IEC諧波標(biāo)準(zhǔn)修訂的技術(shù)文件。

1 多功能電子電氣設(shè)備介紹

當(dāng)前各類新技術(shù)發(fā)展迅猛，以移動(dòng)通信設(shè)備、便攜式消費(fèi)類電子設(shè)備的無線輸電系統(tǒng)、模糊控制系統(tǒng)等最為熱點(diǎn)。大量此類新型設(shè)備，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。中國海爾集團(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（100～2000W）無線供電的家電設(shè)備，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。國際上如Philips公司生產(chǎn)的觸摸感應(yīng)開關(guān)的電吹風(fēng)等設(shè)備，這類新設(shè)備集成了傳統(tǒng)電加熱功能和新型的微電子控制技術(shù)，因此，這類新型設(shè)備有與傳統(tǒng)設(shè)備不同的測(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)盤上會(huì)帶來電容變化，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5mm的鋼化玻璃后，人體手指觸摸只能帶來不到0.5pF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)典型的多功能設(shè)備如智能觸控電吹風(fēng)、集成無線輸電功能的LED燈具等，已經(jīng)開始大量上市。未來大量多功能設(shè)備不斷接入現(xiàn)有的電力網(wǎng)絡(luò)以后，會(huì)對(duì)公用供電網(wǎng)絡(luò)會(huì)產(chǎn)生各種影響，可能出現(xiàn)嚴(yán)重的諧波騷擾等現(xiàn)象。

2 多功能設(shè)備的分類及其諧波電流檢測(cè)技術(shù)要求

從設(shè)備的功能、功率以及其他宏觀特征來看，含有諸如無線輸電功能的多功能設(shè)備，例如，基于無線輸電技術(shù)的無尾家電設(shè)備，根據(jù)現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)[4-5]的要求，可以將其納入A類設(shè)備范圍。這也符合文獻(xiàn)[4]對(duì)于設(shè)備分類的要求。但是，對(duì)于某些多功能設(shè)備，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，文獻(xiàn)[4]中條款6.2.1“試驗(yàn)配置”中明確指出：對(duì)于在文獻(xiàn)[4]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。該條款同時(shí)還指出，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，是與最惡劣狀態(tài)下的發(fā)射狀態(tài)一致。

3 多功能設(shè)備樣品的測(cè)試數(shù)據(jù)及結(jié)果分析

現(xiàn)對(duì)3種不同的樣品進(jìn)行了分析，分別按照IEC 61000-3-2的標(biāo)準(zhǔn)要求，進(jìn)行諧波電流發(fā)射的測(cè)試。

3.1 測(cè)試樣品A描述

根據(jù)上文對(duì)多功能設(shè)備的檢測(cè)流程建議，在以下分析中，根據(jù)實(shí)際情況，把待研究的帶有無線輸電模塊的多功能設(shè)備以其主要用途進(jìn)行設(shè)備分類。

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燈具設(shè)備，其照明電路額定功率為8W，無線充電額定功率為10W，記作樣品A。該設(shè)備的主要用途是使用燈光照明，但是其附屬用途的有功功率比其主要用途的有功功率大。

測(cè)試工作電壓為230V，頻率50Hz。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。本報(bào)告試驗(yàn)過程中采用C類設(shè)備的限值。

3.2 樣品A的測(cè)試數(shù)據(jù)

樣品A諧波電流測(cè)試波形如圖1所示（圖中的峰狀不規(guī)則曲線），其諧波分量柱狀圖如圖2所示。經(jīng)對(duì)樣品的測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，從表1可得出結(jié)論，該樣品諧波電流測(cè)試不符合現(xiàn)版諧波電流文獻(xiàn)[4]的要求。

圖1 樣品A諧波電流測(cè)試波形圖

圖2 樣品A的諧波分量柱狀圖數(shù)據(jù)

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(píng)估）

在對(duì)樣品A進(jìn)行測(cè)試過程中，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類設(shè)備的限值，不符合標(biāo)準(zhǔn)的要求。但由于多功能設(shè)備在設(shè)備功能上，具有跨界功能，對(duì)于設(shè)備的分類，根據(jù)現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)條款，較難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(duì)于這類設(shè)備的測(cè)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(cè)試，還需要經(jīng)過專家多次論證和研討。

3.3 樣品B的測(cè)試結(jié)果描述

選擇一個(gè)具有無線輸電功能的平板設(shè)備，額定功率為10W，記作樣品B；測(cè)試工作電壓為230V，50Hz。根據(jù)測(cè)試數(shù)據(jù)我們進(jìn)行相應(yīng)計(jì)算，對(duì)該樣品按照D類設(shè)備進(jìn)行評(píng)估，見表2。

表2 樣品B的3次及5次諧波分量（按D類設(shè)備進(jìn)行評(píng)估）

對(duì)樣品進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，發(fā)現(xiàn)該樣品B諧波電流測(cè)試不符合標(biāo)準(zhǔn)的要求。這表明，在對(duì)低功率的新型多功能設(shè)備設(shè)置諧波電流發(fā)射限值時(shí)，需要更加詳盡的測(cè)試數(shù)據(jù)。

3.4 樣品C的測(cè)試結(jié)果描述

一個(gè)配置有無線供電模塊的組合式多功能設(shè)備（含有LED照明、無線通信功能的新型組合設(shè)備），額定功率為15W。當(dāng)前試驗(yàn)中可以把一個(gè)LED便攜式燈具和一個(gè)無線平板電腦組合，以模擬未來出現(xiàn)的多功能設(shè)備，記作樣品C。測(cè)試工作電壓為230V，50Hz。因樣品有功功率較低，且具有照明功能，因此在試驗(yàn)時(shí)采用C類設(shè)備的限值進(jìn)行評(píng)估。

對(duì)樣品C按照C類設(shè)備進(jìn)行評(píng)估，發(fā)現(xiàn)該樣品C諧波電流測(cè)試不符合標(biāo)準(zhǔn)的要求。

表3 樣品C的3次及5次諧波分量（按C類設(shè)備進(jìn)行評(píng)估）

4 IEC 61000-3-2：2014標(biāo)準(zhǔn)中存在的問題

根據(jù)以上3個(gè)樣品的測(cè)試數(shù)據(jù)，可以發(fā)現(xiàn)，對(duì)于當(dāng)前的多功能設(shè)備，在諧波電流發(fā)射測(cè)量時(shí)，較易造成不符合標(biāo)準(zhǔn)要求的現(xiàn)象。這表明，標(biāo)準(zhǔn)對(duì)于這類設(shè)備產(chǎn)品還存在一些問題。這些問題已經(jīng)在諧波測(cè)試研究中引起了重視[6-7]。對(duì)于新近出現(xiàn)的多功能設(shè)備，IEC標(biāo)準(zhǔn)化組織正在進(jìn)行修訂和技術(shù)方案征集[8]。

4.1 設(shè)備分類的判斷

在實(shí)際測(cè)試中發(fā)現(xiàn)，A類設(shè)備定義十分豐富，各種未規(guī)定為B、C、D類的設(shè)備均可視為A類設(shè)備。因此在對(duì)接入設(shè)備進(jìn)行分類時(shí)，各種需要接入公共電網(wǎng)的新型電子電氣設(shè)備，可納入A類設(shè)備。

然而，對(duì)于各種新型的多功能設(shè)備，該類設(shè)備會(huì)同時(shí)提供幾種用途，即可同時(shí)劃歸為A、B、C、或D類設(shè)備。對(duì)于有些設(shè)備屬于兩類設(shè)備的情形，需要在標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)設(shè)備描述進(jìn)行進(jìn)一步澄清，以判斷其究竟被劃入哪一類設(shè)備類型。

4.2 多功能設(shè)備的定義

隨著技術(shù)和生產(chǎn)工藝的不斷發(fā)展，多功能的跨界設(shè)備越來越多。例如，帶有無線電磁耦合模塊，提供無線輸電的照明設(shè)備，是一種典型的多功能設(shè)備（即跨界設(shè)備）。因此需要對(duì)該類型多功能設(shè)備的諧波電流檢測(cè)流程，提出明確的條款和技術(shù)細(xì)節(jié)，并在現(xiàn)有IEC諧波標(biāo)準(zhǔn)中明確相關(guān)條款。目前標(biāo)準(zhǔn)中還未有關(guān)于多功能設(shè)備的明確定義。

4.3 針對(duì)多功能設(shè)備進(jìn)行諧波發(fā)射限值評(píng)估時(shí)應(yīng)考慮的其他參量

根據(jù)IEC/SC77A/WG-1等關(guān)于諧波電流發(fā)射測(cè)試的最新修訂意見[8]，考慮到當(dāng)前消費(fèi)市場大量出現(xiàn)小于10W功率的無線充電功能的電源輸電設(shè)備、便攜式照明設(shè)備，可建議提出10W以下的帶無線充電功能的設(shè)備豁免諧波電流測(cè)試。將來根據(jù)需要，將該值根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)整，以使得大量使用的新型帶無線充電功能的設(shè)備對(duì)供電網(wǎng)絡(luò)的影響控制在可控范圍內(nèi)。

5 一項(xiàng)針對(duì)IEC諧波標(biāo)準(zhǔn)可行的修改建議

5.1 多功能設(shè)備

隨著新型電子、電氣和機(jī)械設(shè)備向著集成化、智能化方向發(fā)展，相關(guān)檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)中與之配套的檢測(cè)檢驗(yàn)流程和裝置，也需要不斷地進(jìn)行更新發(fā)展[9-10]。

目前對(duì)于多功能設(shè)備還沒有統(tǒng)一規(guī)范的定義。根據(jù)該類設(shè)備的實(shí)際情況，結(jié)合有關(guān)的文獻(xiàn)資料，建議對(duì)其定義為：多功能設(shè)備（multi-functional equipment，MFE），一種設(shè)備，可同時(shí)給用戶提供兩種或兩種以上不同功能。通常對(duì)于不同功能的劃分，可參照該設(shè)備使用電力能源的不同形式，如照明、加熱、充電等功能，可視為不同的功能。

5.2 設(shè)備類型描述的建議方案

配置多功能模塊的新型多功能設(shè)備，為避免出現(xiàn)設(shè)備分類描述的矛盾情況，在對(duì)設(shè)備進(jìn)行分類以進(jìn)行諧波電流測(cè)試時(shí)，合理的策略是對(duì)特定運(yùn)行工況下的待測(cè)物，根據(jù)其實(shí)際運(yùn)行的主要用途，以確定設(shè)備類別，同時(shí)應(yīng)參考該特定運(yùn)行工況下相應(yīng)的電學(xué)參數(shù)。因此，在文獻(xiàn)[4]第5章的技術(shù)條款中，建議增加內(nèi)容：

對(duì)于多功能設(shè)備，可按照其主要用途進(jìn)行分類。當(dāng)該設(shè)備可被同時(shí)劃分為不同的設(shè)備類型時(shí)，要求選擇一種最惡劣的設(shè)備類型，其諧波電流發(fā)射滿足文獻(xiàn)[4]第7章的限值要求。

5.3 多功能設(shè)備諧波電流測(cè)試配置建議方案

建議對(duì)IEC 61000-3-2：2014中在附錄C部分，增加“C.16多功能設(shè)備”的試驗(yàn)條件。

C.16多功能設(shè)備

多功能設(shè)備試驗(yàn)時(shí)，調(diào)節(jié)其各種功能的控制裝置，確保：

1）各獨(dú)立功能的運(yùn)行負(fù)載最大，或者發(fā)射最惡劣的狀態(tài)。

2）各獨(dú)立功能達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，要求觀察待測(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)文獻(xiàn)[5]6 .2.3.1條款的要求，參數(shù)變化范圍<±5%）。

3）啟動(dòng)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)試儀或者其他類似裝置。

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。

多功能設(shè)備的功率可由多功能設(shè)備端部電壓和流入其工作的電流經(jīng)計(jì)算得到，并以在試驗(yàn)觀察周期內(nèi)的時(shí)間平均值來測(cè)量。在進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)，如果試驗(yàn)系統(tǒng)或多功能設(shè)備的周圍環(huán)境中存在其它較強(qiáng)的電場或磁場干擾，把測(cè)試系統(tǒng)放在電磁屏蔽室中是一種優(yōu)先選擇。

6 結(jié)束語

考慮多功能類設(shè)備的實(shí)際特點(diǎn)，結(jié)合IEC諧波電流發(fā)射標(biāo)準(zhǔn)中相關(guān)的技術(shù)條款，使用3種多功能設(shè)備樣品的測(cè)試數(shù)據(jù)和結(jié)果進(jìn)行分析，表明需要在現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)多功能設(shè)備的諧波電流測(cè)試條件進(jìn)行系統(tǒng)的修訂和完善。本文提出了針對(duì)這些問題的一些修改建議。并提供了一份針對(duì)多功能設(shè)備的完整的諧波電流測(cè)試技術(shù)條款。該條款包含了多功能設(shè)備的定義、多功能設(shè)備分類的類型描述、以及多功能設(shè)備諧波電流測(cè)試配置方案。本文的研究結(jié)果可用于形成針對(duì)諧波標(biāo)準(zhǔn)的修正文件，用以提交給IEC TC77A的相關(guān)技術(shù)部門作為參考。

[1]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.

[2]黃會(huì)群，董秀蓮，李聃，等.無線供電技術(shù)在家電上的應(yīng)用研究[J].電器，2012（增刊）：644-648.

[3]張宇光.多功能機(jī)電傳動(dòng)綜合測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].煤礦機(jī)電，2016（1）：55-59.

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[5]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：IEC 61000-4-7：2009[S].Geneva：IEC Press，2009.

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[7]扈羅全，劉小林，俞建峰.無線輸電功能類產(chǎn)品諧波電流測(cè)試條件分析與對(duì)標(biāo)準(zhǔn)的建議[J].標(biāo)準(zhǔn)科學(xué)，2016（2）：70-72.

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

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[10]唐亞迪，徐永海.微電網(wǎng)電能質(zhì)量問題與諧波抑制措施研究[J].供用電，2014（9）：56-59.

（編輯：劉楊）

Harmonic current measurement methods for multi-functional equipment and the app lication to IEC 61000-3-2 standard

HU Luoquan1，2，LIU Xiaolin2，XIANG Xia3
（1.Suzhou Entry-Exit Inspection and Quarantine Bureau，Suzhou 215104，China；2.School of Urban Rail Transportation，Suzhou University，Suzhou 215021，China；3.Department of Applied Physics，University of Electronic Science and Technology of China，Chengdu 610054，China）

Technical clauses in IEC 61000-3-2:2014 standard for new type of multi-functional equipment（MFE）are studied.The definition and the classification of equipment for MFE are analyzed，and the subsequent results are also provided.According to the technical requirement in the updated IEC standard，the setup of harmonic current emission testing for MFE is analyzed. Meanwhile，the problems related to the MFE are discussed.The amendments for harmonic current testing related to MFE are provided，which are documented in the form of IEC 61000-3-2 and could be used for the formal standard amendment file in the future.

electromagnetic compatibility；harmonic current emission；measurement instruments；standards；multi-functional equipment（MFE）

A

1674-5124（2017）05-0026-04

10.11857/j.issn.1674-5124.2017.05.006

2016-08-29；

2016-10-15

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

扈羅全（1972-），男，江蘇宜興市人，高級(jí)工程師，博士，研究方向?yàn)殡姶偶嫒荨踩阅軝z測(cè)。