多功能设备谐波电流测试方法及其在IEC 61000-3-2标准中的应用

扈罗全，刘小林，向霞

（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.电子科技大学应用物理系，四川 成都 610054）

多功能设备谐波电流测试方法及其在IEC 61000-3-2标准中的应用

扈罗全1，2，刘小林2，向霞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.电子科技大学应用物理系，四川 成都 610054）

研究在IEC 61000-3-2:2014标准中增加技术条款，以适应新近出现的多功能设备的谐波电流发射测试。分析多功能设备的定义和分类问题，给出其相应的定义及分类建议。根据现版IEC标准的技术要求，对多功能设备的谐波电流检测技术要求进行分析。对3种多功能设备样品的测试数据和结果进行分析，讨论现行标准对多功能设备的谐波电流测试可能存在的问题，提出针对这些问题的修改建议。按照IEC 61000-3-2标准技术条款的格式等要求，形成该标准的修正文件内容，为今后的标准修订提供参考。

电磁兼容；谐波电流发射；测试仪器；标准；多功能设备

0 引言

随着各类新技术不断涌现，各种新型多功能设备陆续研发上市。作为当前技术新宠的新型多功能系统、产品和设备，已经快速在电子电气产品终端市场上发展壮大。例如，基于无线输电技术的无尾家电设备，新型含无线输电功能模块的各类设备，带有模糊控制或触摸式传感器的家电设备，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电子电气设备[1-3]。该类型的多功能设备，由于其具有多种用途，通常很难分清何种功能为其主要用途，未来将会出现大量此类新型设备，为避免此类设备产品在进行谐波电流发射测试过程中出现分歧，需要对此类具有多种功能的设备进行定义，对相关的谐波电流限值进行分析和评估。

此外，新型多功能设备的有功功率通常较小。当大量该类设备同时使用时，对供电网络馈入的低次谐波因叠加效应，有可能会比较严重。例如，一些给无线通信设备输电的无线输电设备，其功率通常在10W或以下。而一些具有无线输电功能的电加热器具，功率会在数千瓦以上。在制定针对小功率多功能设备、大功率多功能设备的谐波电流限值时，需要对有功功率、视在功率、功率因子、工作环境温度、输入电压等因素进行综合评估，以利于该类新型设备的推广和发展。目前对于该类产品如何进行谐波电流测试，还未进行系统的研究。本文根据多功能电子电气设备的特点，结合谐波电流发射测试的原理，对该问题展开了研究，结果可作为今后IEC谐波标准修订的技术文件。

1 多功能电子电气设备介绍

当前各类新技术发展迅猛，以移动通信设备、便携式消费类电子设备的无线输电系统、模糊控制系统等最为热点。大量此类新型设备，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。中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（100～2000W）无线供电的家电设备，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。国际上如Philips公司生产的触摸感应开关的电吹风等设备，这类新设备集成了传统电加热功能和新型的微电子控制技术，因此，这类新型设备有与传统设备不同的测试要求。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带来电容变化，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5mm的钢化玻璃后，人体手指触摸只能带来不到0.5pF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。

针对典型的多功能设备如智能触控电吹风、集成无线输电功能的LED灯具等，已经开始大量上市。未来大量多功能设备不断接入现有的电力网络以后，会对公用供电网络会产生各种影响，可能出现严重的谐波骚扰等现象。

2 多功能设备的分类及其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设备，例如，基于无线输电技术的无尾家电设备，根据现行标准[4-5]的要求，可以将其纳入A类设备范围。这也符合文献[4]对于设备分类的要求。但是，对于某些多功能设备，在测试时与通常的样品检测流程出现不一样的结果。例如，文献[4]中条款6.2.1“试验配置”中明确指出：对于在文献[4]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。该条款同时还指出，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。

3 多功能设备样品的测试数据及结果分析

现对3种不同的样品进行了分析，分别按照IEC 61000-3-2的标准要求，进行谐波电流发射的测试。

3.1 测试样品A描述

根据上文对多功能设备的检测流程建议，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设备以其主要用途进行设备分类。

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灯具设备，其照明电路额定功率为8W，无线充电额定功率为10W，记作样品A。该设备的主要用途是使用灯光照明，但是其附属用途的有功功率比其主要用途的有功功率大。

测试工作电压为230V，频率50Hz。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。本报告试验过程中采用C类设备的限值。

3.2 样品A的测试数据

样品A谐波电流测试波形如图1所示（图中的峰状不规则曲线），其谐波分量柱状图如图2所示。经对样品的测试数据进行分析，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文献[4]的要求。

图1 样品A谐波电流测试波形图

图2 样品A的谐波分量柱状图数据

表1 样品A的3次及5次谐波分量（按C类设备进行评估）

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。但由于多功能设备在设备功能上，具有跨界功能，对于设备的分类，根据现有标准条款，较难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。

3.3 样品B的测试结果描述

选择一个具有无线输电功能的平板设备，额定功率为10W，记作样品B；测试工作电压为230V，50Hz。根据测试数据我们进行相应计算，对该样品按照D类设备进行评估，见表2。

表2 样品B的3次及5次谐波分量（按D类设备进行评估）

对样品进行数据处理，发现该样品B谐波电流测试不符合标准的要求。这表明，在对低功率的新型多功能设备设置谐波电流发射限值时，需要更加详尽的测试数据。

3.4 样品C的测试结果描述

一个配置有无线供电模块的组合式多功能设备（含有LED照明、无线通信功能的新型组合设备），额定功率为15W。当前试验中可以把一个LED便携式灯具和一个无线平板电脑组合，以模拟未来出现的多功能设备，记作样品C。测试工作电压为230V，50Hz。因样品有功功率较低，且具有照明功能，因此在试验时采用C类设备的限值进行评估。

对样品C按照C类设备进行评估，发现该样品C谐波电流测试不符合标准的要求。

表3 样品C的3次及5次谐波分量（按C类设备进行评估）

4 IEC 61000-3-2：2014标准中存在的问题

根据以上3个样品的测试数据，可以发现，对于当前的多功能设备，在谐波电流发射测量时，较易造成不符合标准要求的现象。这表明，标准对于这类设备产品还存在一些问题。这些问题已经在谐波测试研究中引起了重视[6-7]。对于新近出现的多功能设备，IEC标准化组织正在进行修订和技术方案征集[8]。

4.1 设备分类的判断

在实际测试中发现，A类设备定义十分丰富，各种未规定为B、C、D类的设备均可视为A类设备。因此在对接入设备进行分类时，各种需要接入公共电网的新型电子电气设备，可纳入A类设备。

然而，对于各种新型的多功能设备，该类设备会同时提供几种用途，即可同时划归为A、B、C、或D类设备。对于有些设备属于两类设备的情形，需要在标准中对设备描述进行进一步澄清，以判断其究竟被划入哪一类设备类型。

4.2 多功能设备的定义

随着技术和生产工艺的不断发展，多功能的跨界设备越来越多。例如，带有无线电磁耦合模块，提供无线输电的照明设备，是一种典型的多功能设备（即跨界设备）。因此需要对该类型多功能设备的谐波电流检测流程，提出明确的条款和技术细节，并在现有IEC谐波标准中明确相关条款。目前标准中还未有关于多功能设备的明确定义。

4.3 针对多功能设备进行谐波发射限值评估时应考虑的其他参量

根据IEC/SC77A/WG-1等关于谐波电流发射测试的最新修订意见[8]，考虑到当前消费市场大量出现小于10W功率的无线充电功能的电源输电设备、便携式照明设备，可建议提出10W以下的带无线充电功能的设备豁免谐波电流测试。将来根据需要，将该值根据实际情况进行调整，以使得大量使用的新型带无线充电功能的设备对供电网络的影响控制在可控范围内。

5 一项针对IEC谐波标准可行的修改建议

5.1 多功能设备

随着新型电子、电气和机械设备向着集成化、智能化方向发展，相关检测标准中与之配套的检测检验流程和装置，也需要不断地进行更新发展[9-10]。

目前对于多功能设备还没有统一规范的定义。根据该类设备的实际情况，结合有关的文献资料，建议对其定义为：多功能设备（multi-functional equipment，MFE），一种设备，可同时给用户提供两种或两种以上不同功能。通常对于不同功能的划分，可参照该设备使用电力能源的不同形式，如照明、加热、充电等功能，可视为不同的功能。

5.2 设备类型描述的建议方案

配置多功能模块的新型多功能设备，为避免出现设备分类描述的矛盾情况，在对设备进行分类以进行谐波电流测试时，合理的策略是对特定运行工况下的待测物，根据其实际运行的主要用途，以确定设备类别，同时应参考该特定运行工况下相应的电学参数。因此，在文献[4]第5章的技术条款中，建议增加内容：

对于多功能设备，可按照其主要用途进行分类。当该设备可被同时划分为不同的设备类型时，要求选择一种最恶劣的设备类型，其谐波电流发射满足文献[4]第7章的限值要求。

5.3 多功能设备谐波电流测试配置建议方案

建议对IEC 61000-3-2：2014中在附录C部分，增加“C.16多功能设备”的试验条件。

C.16多功能设备

多功能设备试验时，调节其各种功能的控制装置，确保：

1）各独立功能的运行负载最大，或者发射最恶劣的状态。

2）各独立功能达到稳定状态，要求观察待测物的宏观电学参数，在数分钟内待该参数稳定（根据文献[5]6 .2.3.1条款的要求，参数变化范围<±5%）。

3）启动待测物的所有功能，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。

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。

多功能设备的功率可由多功能设备端部电压和流入其工作的电流经计算得到，并以在试验观察周期内的时间平均值来测量。在进行试验时，如果试验系统或多功能设备的周围环境中存在其它较强的电场或磁场干扰，把测试系统放在电磁屏蔽室中是一种优先选择。

6 结束语

考虑多功能类设备的实际特点，结合IEC谐波电流发射标准中相关的技术条款，使用3种多功能设备样品的测试数据和结果进行分析，表明需要在现行标准中对多功能设备的谐波电流测试条件进行系统的修订和完善。本文提出了针对这些问题的一些修改建议。并提供了一份针对多功能设备的完整的谐波电流测试技术条款。该条款包含了多功能设备的定义、多功能设备分类的类型描述、以及多功能设备谐波电流测试配置方案。本文的研究结果可用于形成针对谐波标准的修正文件，用以提交给IEC TC77A的相关技术部门作为参考。

[1]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.

[2]黄会群，董秀莲，李聃，等.无线供电技术在家电上的应用研究[J].电器，2012（增刊）：644-648.

[3]张宇光.多功能机电传动综合测试系统设计[J].煤矿机电，2016（1）：55-59.

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

[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.

[6]扈罗全.电磁兼容谐波电流发射测试与应用[M].武汉：华中科技大学出版社，2015.

[7]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（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.

[9]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，2015，39（5）：997-1000.

[10]唐亚迪，徐永海.微电网电能质量问题与谐波抑制措施研究[J].供用电，2014（9）：56-59.

（编辑：刘杨）

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

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

扈罗全（1972-），男，江苏宜兴市人，高级工程师，博士，研究方向为电磁兼容、安全性能检测。