無線輸電多功能產品諧波測試及對標準修改建議

扈羅全，劉小林，俞建峰

（1.蘇州出入境檢驗檢疫局，江蘇 蘇州 215104；2.蘇州大學城市軌道交通學院，江蘇 蘇州 215021；3.江南大學機械工程學院，江蘇 無錫 214122）

無線輸電多功能產品諧波測試及對標準修改建議

扈羅全1，2，劉小林2，俞建峰3

（1.蘇州出入境檢驗檢疫局，江蘇 蘇州 215104；2.蘇州大學城市軌道交通學院，江蘇 蘇州 215021；3.江南大學機械工程學院，江蘇 無錫 214122）

為制定含無線輸電多功能產品的諧波電流發射測試技術細則，以進一步完善未來IEC諧波電流發射測試標準，針對當前IEC 61000-3-2：2014標準技術條款，結合當前與無線輸電多功能產品有關的諧波電流發射技術條款，分析含無線輸電功能產品的諧波電流通用測試要求。使用帶有無線輸電功能的多功能樣品，對其進行諧波電流測試數據。結合實驗數據對涉及含無線輸電功能產品標準條款的修訂趨勢作展望和分析，并建議在IEC 61000-3-2：2014中附錄C增加合適的技術條款。

電磁兼容；諧波；無線輸電；測試流程

0 引 言

隨著各類新技術不斷涌現，各種新型多功能產品陸續研發上市。作為當前技術新寵的新型無接觸供電系統，已經快速在產品研發端發展壯大。基于無線輸電技術包括無尾家電產品，新型含無線輸電功能模塊的各類產品和設備，采取集中無線供電模式的無線輸電站系統等，在未來即將大量上市。

當前，以移動通信產品和便攜式消費類電子產品的無線輸電系統最為熱點。大量此類新型產品，集成了具有無線輸電功能的電磁場耦合模塊，可組成呈局域分布的依靠電磁場耦合進行能量轉換傳輸的小型能源基站。目前已經有大量文獻對這類產品的運行原理[1-2]、工作效率[3-4]、標準化發展[5-6]等展開了研究。文獻[7]研究了電場耦合式無線供電技術原理和電路模型，并對其傳輸功率和傳輸效率的影響因素進行分析以提高其傳輸功率和效率的方法。文獻[8]研究了基于互感模型，給出了系統發射線圈恒流,輸出電壓恒壓的參數邊界條件，提高系統傳輸功率的穩定性。海爾集團控股的青島眾海匯智能源公司在國內已經開發了大功率（100～2 000 W）無線供電的家電產品，未來這類新型產品將不斷接入現有的電力網絡，對公用供電網絡會產生各種影響，有可能出現一些令人擔憂的諧波騷擾等現象。因此，需研究此類產品的測試技術要求，分析隨其產生的各種電磁學現象。

本文側重于研究該類產品在公共電網系統中產生的諧波電流發射及相關測試技術，并對現行有效的IEC 61000-3-2：2014標準的部分技術條款[9]，提出修改意見和建議，為未來該領域內標準化技術發展提供參考。

1 含無線輸電功能產品的諧波電流通用測試要求

從設備的功能、功率以及其他宏觀特征來看，各種含無線輸電功能的產品，例如，基于無線輸電技術的無尾家電產品，可以納入A類設備范圍。這也符合標準[9]對于設備分類的要求。但是，對于含無線輸電功能的多功能產品，在測試時與通常的樣品檢測流程出現不一樣的結果。例如，標準[9]中條款6.2.1“試驗配置”中明確指出：對于在標準[9]的附錄C中未列出的設備，發射測量應在用戶操作控制下，或自動程序設定在正常工作狀態下，預計產生最大總諧波電流（THC）的模式進行。該條款還同時指出，這是規定了發射試驗時設備的配置要求，并不是要求測量THC值或尋找最惡劣狀態下的發射。但實際上，待測物的工況模式，是與最惡劣狀態下的發射狀態一致。

以諧波電流測試標準[9]中附錄C.5.3條款為例進行分析。若燈具裝有內置式調光器，則應按制造商規定的燈的最大負荷測量諧波電流。同時，為對樣品的諧波電流發射性能獲得全面的結論，在最小功率和最大功率之間分為5個等間隔，用以改變調光裝置的設定值。當被測樣品被分成5個等間隔功率檔位分別進行測試時，根據標準[9]中7.3 a條款的要求，測試結果需要與最大負荷條件下的限值進行比較。因此在任何調光位置，諧波電流不應超過最大負荷條件下允許的電流值。

與燈具產品類似，含無線輸電功能的多功能產品具有不同的功能，也具有不同的運行功率。實驗中根據實際測試情況發現，含無線輸電功能的多功能產品在運行過程中，功率會發生變化。經分析，發現其主要原因，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境的干擾影響。因此在多數情況下，用于確定采用限值標準的功率，其數值變化要小，因而對此類產品的測試過程更為嚴格。故而在選擇限值標準時，需要使用與運行工況下的實際功率檔位相應的限值進行比較，同時需要在樣品正常運行過程中，記錄其運行功率，并涵蓋其最大運行負荷條件，以便與限值進行比較。

2 無線輸電功能產品諧波電流測試數據與分析

根據上文對無線輸電功能產品的分類建議，可以把該類產品視作A類設備。對A類設備，目前對有功功率在75W以下的設備諧波電流豁免。但是，對于新近出現的多功能產品，IEC標準化組織正在進行修訂和技術方案征集過程中[10-12]。在下文的分析過程中，根據實際情況，把待研究的無線輸電功能產品分為各自相應的類型。

選取一個具有無線輸電功能的平板產品，其額定功率為10W，記作樣品1。選取一個配置有無線供電模塊的組合式多功能產品（含有LED照明、無線通信功能的新型組合產品），其額定功率為15W。在試驗中，可把一個LED便攜式燈具和一個無線平板電腦組合，用來模擬未來出現的多功能跨界設備，記作樣品2。測試工作電壓為230V，50Hz。考慮到因這兩個樣品的特點，以及有功功率較低，在試驗時先采用C類產品的限值并進行評估。

樣品1的其他主要測試數據如下所示：

測試過程中的最大值：

其他相關測試數據參見圖1～圖4，表1和表2。

圖1 樣品1諧波電流測試波形圖

圖2 樣品1諧波分量數據

圖3 樣品2諧波電流測試波形圖

圖4 樣品2諧波分量數據

表1 樣品1的 3次及5次諧波分量（按C類設備進行評估）

表2 樣品2的 3次及5次諧波分量（按C類設備進行評估）

表3 樣品1的 3次及5次諧波分量（按D類設備進行評估）

參考設備按照D類設備進行評估，根據表1和表2的數據，可以對其按照標準[9]和標準[13]的要求進行相應的計算。結果見表3。

從表1和表3的數據可以發現，對樣品的數據進行處理，對測試結果的判斷，有同樣的結論，也即該樣品諧波電流測試不符合標準。

在實際測試過程中，最終的測試數據分析表明，實驗使用兩個樣品的諧波電流，如果按照C類設備的限值，或者按照小功率D類設備的限值進行評估，均不符合現有標準的要求。但由于含無線輸電功能的產品在設備分類上，根據其自身產品的特點，既可以從整體結構劃歸為A類設備，也可以從設備功能上將其劃歸為其他類別。這就會對這類設備的測試過程，以及對結果的判斷引起爭議。今后如何對此類產品應用諧波電流標準進行測試，還需經過專家的論證和分析。

3 涉及含無線輸電功能產品標準條款的修訂趨勢分析

在未來，將會出現大量使用無線輸電功能的產品，例如新型的帶有無線輸電模式的LED燈具，無線充電裝置等。對于此類產品的諧波電流發射及相關限值，需要進行全面評估和分析。據目前所知，各種類型的無線輸電功能產品在工作時會產生一定程度的諧波電流。當大量無線輸電功能產品同時使用時，對供電網絡饋入的各次諧波有可能非常嚴重。當前大量民用無線輸電功能產品的有功功率，在10W以下。在制定針對小功率無線輸電功能產品的諧波電流限值時，需要對有功功率、視在功率、功率因子工作環境溫度、輸入電壓等因素進行綜合評估，以利于無線輸電功能產品的推廣和技術發展。根據IEC/SC77A/WG-1對于IEC 61000-3-2：2014的最新修訂意見[11-12]，考慮到當前消費市場大量出現小于5W功率的產品，提出5 W以下的產品豁免諧波電流測試。但是對于無線輸電功能產品而言，由于其功率因子很低，需要根據實際情況對無線輸電功能產品設置的諧波電流豁免的功率，以使得大量使用的此類小功率產品，對供電網絡的影響在可控范圍內。

4 結束語

本文通過對無線輸電功能產品測試過程的描述和數據分析，發現如果按照C類設備的限值，或者按照小功率D類設備的限值進行評估，自制的多功能樣品均不符合現有標準的要求。因此在未來確定該類產品的諧波電流限值時，需要更多的測試樣本。同時，可建議對IEC 61000-3-2：2014中附錄C部分的技術條款進行如下修改：在該標準附錄C中增加“C. 16帶無線充電功能設備的試驗條件”。根據待測物實際提供的功能，對該類設備進行分類。優先對設備劃為非A類。

為利于使用無線輸電技術新產品的發展，并有效控制電網中的諧波電流發射水平，對今后諧波標準修訂工作提供參考，對于帶無線充電功能設備的設備，在測試過程中需要調整其控制裝置，在各項功能達到穩定并在最惡劣狀態下后進行測試。

[1]武瑛.新型無接觸供電系統的研究[D].北京：中國科學院電工研究所，2004.

[2]KURS A，KARALIS A，MOFFATT R.Wireless power transfer via strongly coupled magnetic resonances[J]. Science，2007（317）：83-86.

[3]KURS A，KARALIS A，MOFFATT R，et al.Wireless power transfer via strongly coupled magnetic resonances[J]. Science，2007，317（5834）：83-86.

[4]楊慶新，章鵬程，祝麗花，等.無線電能傳輸技術的關鍵基礎與技術瓶頸問題[J].電工技術學報，2015，30（5）：1-8.

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[10]Electromagnetic compatibility（EMC）-Part 1-4：General-Historical rationale for the limitation of power-frequency conducted harmonic current emissions from equipment, in the frequency range up to 2kHz：IEC.IEC/TR 61000-1-4 Ed.1.0[S].Switzerland：IEC Press，2005.

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

[12]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）：IEC.TC 77A/847/DC[S].Switzerland：IEC Press，2014.

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

（編輯：劉楊）

Analysis on harmonic current testing for multi-functional products equipped with wireless power transmission function and modification advices for the standards

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）

To prepare technical clauses for harmonic current emission testing of multi-functional products equipped with wireless power transmission function and to further improve the IEC standards for harmonic current emission testing in future，requirements for the harmonic current emission testing of products equipped with wireless power transmission function are analyzed according to the technical clauses of up-dated IEC 61000-3-2：2014 and existing technical clauses about the harmonic current emissions of multi-functional products with wireless power transmission function.Harmonic current emission testing is carried out for the products equipped with wireless power transmission function.The test data are combined to make a forecast and analysis on the modification tendency of clauses of the standards related to products equipped with wireless power transmission function and appropriate technical clauses are recommended to be added to the Appendix C in existing IEC 61000-3-2：2014.

electromagnetic compatibility；harmonic wave；wireless power transmission；testing procedure

A

：1674-5124（2017）01-0033-04

10.11857/j.issn.1674-5124.2017.01.007

2016-07-20；

：2016-08-17

國家質檢總局科研項目（2014IK192）；江蘇出入境檢驗檢疫局科研項目（2014KJ13，2015KJ11，2015KJ14）

扈羅全（1972-），男，江蘇宜興市人，高級工程師，博士，研究方向為電磁兼容、安全性能檢測。