多功能电子电气产品谐波电流检测技术条款分析

扈罗全，刘小林，俞建峰

(1. 苏州出入境检验检疫局，江苏 苏州 215104； 2. 苏州大学 城市轨道交通学院，江苏 苏州 215021； 3. 江南大学 机械工程学院，江苏 无锡 214122)



多功能电子电气产品谐波电流检测技术条款分析

扈罗全1,2，刘小林2，俞建峰3

(1. 苏州出入境检验检疫局，江苏 苏州 215104； 2. 苏州大学 城市轨道交通学院，江苏 苏州 215021； 3. 江南大学 机械工程学院，江苏 无锡 214122)

为制定多功能电子电气产品谐波电流发射测试的技术细则，分析了新型多功能电子电气产品谐波电流检测过程所遇到的一些实际问题，提出了一种针对多功能产品谐波电流检测的测试流程. 使用某型号带有无线输电功能的LED多功能灯具产品进行谐波电流测试，结果发现如果按照当前谐波标准中C类设备的限值，其谐波电流不符合标准的要求. 对IEC 61000-3-2未来标准中涉及带有多功能产品技术条款的标准修订趋势进行了分析，提出在标准中附录C部分应增加合适的技术条款，用以对谐波标准开展修订工作.

电磁兼容； 谐波电流发射测试流程； 谐波标准

0 引 言

随着各类新技术不断涌现，各种新型多功能产品陆续研发上市. 作为当前技术新宠的新型多功能系统、 设备和产品，已经快速在产品研发端发展壮大. 例如，基于无线输电技术的无尾家电产品，新型含无线输电功能模块的各类产品和设备，带有模糊控制或触摸式传感器的家电产品，集合了照明、 电源参数适配、 试听功能在内的采取集中无线供电模式的无线输电站系统等，是一些典型的多功能信息技术类电子电气产品.

目前已经有大量文献对这类产品的运行原理[1,2]、 标准化发展[3,4]等展开了研究. 在电磁兼容检测标准中还未指定针对多功能产品特征的检测流程及具体测试操作，研究成果较少. 本文结合多功能电子电气产品谐波电流检测，对其测试要求与测试流程展开研究，对未来这类产品的谐波电流检测的标准修订提出意见和建议.

1 多功能电子电气产品介绍

当前各类新技术发展迅猛，以移动通讯产品、 便携式消费类电子产品的无线输电系统、 模糊控制系统等最为热点. 大量此类新型产品集成了具有无线输电功能的电磁场耦合模块，触摸感应芯片模块等. 我国海尔集团控股的青岛众海汇智能源公司，在国内已经开发了大功率(100～2 000 W)无线供电的家电产品，集成了无线输电模块的LED电子照明装置、 带有无线输电模块的音响系统等.

国外如Philips公司生产的触摸感应开关的电吹风等产品，这类新产品集成了传统电加热功能和新型的微电子控制技术，因此，这类新型产品有与传统产品不同的测试要求. 当前触摸感应面板使用的主流技术，是电容感应技术. 人体手指在感应盘上会产生电容变化，尽管该电容发生的变化极小. 随着传感器模块中隔离的绝缘面板厚度增加，电容的大小会发生指数降低的衰减. 大概隔5 mm的钢化玻璃后，人体手指触摸只能带来不到0.5 PF的电容变化. 测试这样微小电容量，环境湿度和温度的变化、 电磁干扰等，都会明显影响测量系统的结果.

针对典型的多功能产品如智能触控电吹风、 集成无线输电功能的LED灯具等，已经开始大量上市. 未来将有大量的此类多功能产品不断接入现有的电力网络，这对公用供电网络会产生各种影响，有可能出现一些令人担忧的谐波骚扰等现象. 因此，需研究此类产品的测试技术要求，分析其可能产生的各种电磁学效应.

2 传统单功能产品的谐波电流检测规范要求

在标准GB 17625.1-2012(等同于IEC 61000-3-2： 2009)关于设备的分类条款中[5,6]，对设备的谐波发射电平给出了具体的要求和分类. 通常在工程上使用电流参数来表示，这是因为电流基本上(并非全部)与供电系统的阻抗相独立. 而设备的电压畸变几乎与供电系统阻抗成比例关系，没有一个固定的值. 一个产品从供电系统中引起的非线性电流可以成为一个正弦电流，与发射到供电系统中的谐波电流极性相反.

在进行谐波电流测试时，需要按照GB 17625.1-2012标准中附录C的要求对待测物进行测试. 附录C中不包括多功能产品. 根据标准给出的原则要求，只需考虑某类待测产品的主要用途. 但是对于多功能的电子电气产品，需要测试其最恶劣的状态. 这就需要对产品的各种功能进行有效的调试，以尽可能使得多功能产品运行在最大的负载状态.

3 多功能产品的谐波电流检测技术要求

从设备的功能、 功率以及其他宏观特征来看，含有诸如无线输电功能的多功能产品，例如，基于无线输电技术的无尾家电产品，可以纳入A类设备范围. 这也符合标准[5]对于设备分类的要求. 但是，对于某些多功能产品，在测试时与通常的样品检测流程出现不一样的结果. 例如，标准[5]中条款6.2.1 “试验配置”中明确指出： 对于在标准[5]的附录C中未列出的设备，发射测量应在用户操作控制下，或自动程序设定在正常工作状态下，预计产生最大总谐波电流(THC)的模式进行. 该条款还同时指出，这是规定了发射试验时设备的配置要求，并不是要求测量THC值或寻找最恶劣状态下的发射. 但实际试验中，待测物的工况模式，是与最恶劣状态下的发射状态一致的.

以谐波电流测试标准[5]中附录C.5.3条款为例进行分析. 若灯具类产品装有内置式调光器，则应按制造商规定的灯的最大负荷测量谐波电流. 同时，为对样品的谐波电流发射性能获得全面的结论，在最小功率和最大功率之间分为5个等间隔，用以改变调光装置的设定值. 当被测样品被分成5个等间隔功率档位分别进行测试时，根据标准[5]中7.3 a条款的要求，测试结果需要与最大负荷条件下的限值进行比较. 因此在任何调光位置，谐波电流不应超过最大负荷条件下允许的电流值.

与传统灯具类产品相类似，一些诸如含无线输电功能的多功能产品具有不同的功能，在不同工况下存在不同的运行功率. 以含无线输电功能的多功能产品为例，实验中根据实际测试情况发现，在产品的运行过程中，功率会发生微小的变化. 经分析，发现其主要原因是集成了无线输电功能的电磁场耦合模块易遭受周边电磁场环境的干扰影响. 因此在多数情况下，用于确定采用限值标准的功率，要求其数值变化要小，因而对此类产品的测试过程更为严格. 故而在选择限值标准时，需要使用与运行工况下的实际功率档位相应的限值进行比较，同时需要在样品正常运行过程中，记录其运行功率，并涵盖其最大运行负荷条件，以便与限值进行比较. 目前，在测试过程中记录待测样品的工况参数，在标准[5]中并不是强制性的要求.

根据多功能产品的特性，结合标准[5]中的具体要求，结合上文分析的该类产品谐波电流检测的技术要求，对这类产品的谐波电流检测流程建议如下：

1) 按照附录C中要求进行实验布置；

2) 开启待测物的所有功能，使用可以记录待测物工况信息的电参数测试仪或者其他类似装置，调整测试装置各部件的功能和安放位置，以使得多功能产品运行负载最大；

3) 观察待测物的宏观电学参数，在数分钟内待该参数稳定(根据标准[5]6.2.3.1条款的要求，参数变化范围±5%之间)；

4) 记录待测物工况信息的仪器得到的宏观电学参量，把待测物接入测试系统中进行谐波电流测试.

4 测试数据及结果分析

4.1 测试样品描述

对于新近出现的多功能产品，IEC标准化组织正在进行修订和技术方案征集过程中[11,12]. 根据上文对多功能产品的检测流程建议，在以下分析中，根据实际情况，把待研究的带有无线输电模块的多功能产品以其主要用途进行产品分类.

实验中选择一个由海尔公司生产的带有无线输电功能的LED灯具产品，其照明电路额定功率为8 W，无线充电额定功率为10 W，记作样品A. 测试工作电压为220 V，频率50 Hz. 因样品主要用途为照明，但是功率消耗的主要功能却为无线输电，因此在试验时设备分类存在困难. 本文试验过程中采用C类产品的限值.

4.2 测试数据

经对样品进行数据分析，从表 1 可得出结论，该样品谐波电流测试不符合现版谐波电流标准[5]的要求.

表 1 样品A的 3次及5次谐波分量(按C类设备进行评估)

Tab.1 3rdand 4thharmonic current of sample A

谐波次数谐波电流值/%100%谐波电流限值谐波电流值与谐波电流限值之比%395．9086111．51591．8161150．51

在对样品A进行测试过程中，从测试数据中可以发现，该样品的谐波电流如果按照C类设备的限值，不符合标准的要求. 但由于多功能产品在设备功能上，具有跨界功能，对于产品的分类，根据现有标准条款，较难以明确划归为某一类设备，即可从设备功能上将其划归为多个类别，这样对于这类设备的测试判断就会引起争议. 今后如何应用谐波电流标准进行测试，还需要经过专家多次论证和研讨. 这也是今后谐波电流测试标准修订的研究方向.

图 1 样品A谐波电流测试波形图(图中的峰状不规则曲线)Fig.1 Current profile under the harmonic current testing of sample A

图 2 样品A的谐波分量柱状图数据Fig.2 Histogram of harmonic current of sample A

5 谐波标准涉及带有多功能产品技术条款的修订趋势分析

未来将会出现大量使用各种新技术集成的多功能产品，例如新型的带有无线输电模式的LED灯具，无线充电装置，带触控装置的各种家用电器等等. 对于此类产品的谐波电流发射及相关限值，需要从标准的技术条款层面，进行科学评估和分析. 据目前各类研究资料的结果分析所知，各种类型的多功能产品在工作时，会产生一定程度的谐波电流. 当大量的此类新的多功能产品同时使用时，对供电网络馈入的各次谐波有可能非常严重.

根据IEC/SC77A/WG-1对于IEC 61000-3-2的最新修订意见[7-10]，考虑到当前消费市场大量出现的诸如集成无线输电模块等多功能产品，由于其功率等电学参数通常变化较大，因此需要根据实际情况，对这类新型多功能产品确定合理的谐波电流测试技术规范，以使得大量使用的此类产品产生的谐波电流对供电网络的影响在可控范围内.

6 结 论

本文通过分析新型多功能电子电气产品谐波电流检测过程中所遇到的一些实际问题，提出了一种可行的测试流程. 根据流程描述和某实际样品测试案例的数据分析发现： 如果按照C类设备的限值，该多功能电子电气样品不符合现有标准的要求. 对IEC 61000-3-2未来标准中附录C部分的技术条款可以进行技术层面的修改. 一种可行的途径是，在该标准附录C中增加“C. 16 多功能设备的试验条件”. 根据待测物实际提供的功能，对该设备进行分类. 如何对该新技术条款进行科学而详尽的描述，是今后谐波电流发射测试标准修订工作中一项重要的研究内容.

[1] 翟渊，孙跃，苏玉刚，等. 具有恒压特性的磁共振模式无线供电系统[J]. 电工技术学报，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] 程时杰，陈小良，王军华，等. 无线输电关键技术及其应用[J]. 电工技术学报，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] 张开洪，颜禹，张欢韵，等. 电场耦合式无线供电技术研究[J]. 电源技术，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电磁兼容 限值 谐波电流发射限值(设备每相输入电流≤16 A)[S]. 北京： 中国标准出版社，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] 扈罗全，刘小林，俞建峰. 无线输电功能类产品谐波电流测试条件分析与对标准的建议[J]. 标准科学，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

国家质检总局科研资助项目(2014IK192)； 江苏出入境检验检疫局科研资助项目(2014KJ13、2015KJ11、2015KJ14)

扈罗全(1972-)，男，高级工程师，教授，博士，主要从事电磁兼容，安全性能检测研究.

TN98

A

10.3969/j.issn.1671-7449.2016.06.012