多功能設備諧波電流測試方法及其在IEC 61000-3-2標準中的應用

扈羅全，劉小林，向霞

（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.電子科技大學應用物理系，四川 成都 610054）

多功能設備諧波電流測試方法及其在IEC 61000-3-2標準中的應用

扈羅全1，2，劉小林2，向霞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.電子科技大學應用物理系，四川 成都 610054）

研究在IEC 61000-3-2:2014標準中增加技術條款，以適應新近出現的多功能設備的諧波電流發射測試。分析多功能設備的定義和分類問題，給出其相應的定義及分類建議。根據現版IEC標準的技術要求，對多功能設備的諧波電流檢測技術要求進行分析。對3種多功能設備樣品的測試數據和結果進行分析，討論現行標準對多功能設備的諧波電流測試可能存在的問題，提出針對這些問題的修改建議。按照IEC 61000-3-2標準技術條款的格式等要求，形成該標準的修正文件內容，為今后的標準修訂提供參考。

電磁兼容；諧波電流發射；測試儀器；標準；多功能設備

0 引言

隨著各類新技術不斷涌現，各種新型多功能設備陸續研發上市。作為當前技術新寵的新型多功能系統、產品和設備，已經快速在電子電氣產品終端市場上發展壯大。例如，基于無線輸電技術的無尾家電設備，新型含無線輸電功能模塊的各類設備，帶有模糊控制或觸摸式傳感器的家電設備，集合了照明、電源參數適配、試聽功能在內的采取集中無線供電模式的無線輸電站系統等，是一些典型的多功能電子電氣設備[1-3]。該類型的多功能設備，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，未來將會出現大量此類新型設備，為避免此類設備產品在進行諧波電流發射測試過程中出現分歧，需要對此類具有多種功能的設備進行定義，對相關的諧波電流限值進行分析和評估。

此外，新型多功能設備的有功功率通常較小。當大量該類設備同時使用時，對供電網絡饋入的低次諧波因疊加效應，有可能會比較嚴重。例如，一些給無線通信設備輸電的無線輸電設備，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，功率會在數千瓦以上。在制定針對小功率多功能設備、大功率多功能設備的諧波電流限值時，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，以利于該類新型設備的推廣和發展。目前對于該類產品如何進行諧波電流測試，還未進行系統的研究。本文根據多功能電子電氣設備的特點，結合諧波電流發射測試的原理，對該問題展開了研究，結果可作為今后IEC諧波標準修訂的技術文件。

1 多功能電子電氣設備介紹

當前各類新技術發展迅猛，以移動通信設備、便攜式消費類電子設備的無線輸電系統、模糊控制系統等最為熱點。大量此類新型設備，集成了具有無線輸電功能的電磁場耦合模塊，觸摸感應芯片模塊等。中國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（100～2000W）無線供電的家電設備，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等。國際上如Philips公司生產的觸摸感應開關的電吹風等設備，這類新設備集成了傳統電加熱功能和新型的微電子控制技術，因此，這類新型設備有與傳統設備不同的測試要求。當前觸摸感應面板使用的主流技術，是電容感應技術。人體手指在感應盤上會帶來電容變化，隨著傳感器模塊中隔離的絕緣面板厚度增加，電容的大小會發生指數降低的衰減。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。測試這樣微小電容量，環境濕度和溫度的變化、電磁干擾等，都會明顯影響測量系統的結果。

針對典型的多功能設備如智能觸控電吹風、集成無線輸電功能的LED燈具等，已經開始大量上市。未來大量多功能設備不斷接入現有的電力網絡以后，會對公用供電網絡會產生各種影響，可能出現嚴重的諧波騷擾等現象。

2 多功能設備的分類及其諧波電流檢測技術要求

從設備的功能、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備，例如，基于無線輸電技術的無尾家電設備，根據現行標準[4-5]的要求，可以將其納入A類設備范圍。這也符合文獻[4]對于設備分類的要求。但是，對于某些多功能設備，在測試時與通常的樣品檢測流程出現不一樣的結果。例如，文獻[4]中條款6.2.1“試驗配置”中明確指出：對于在文獻[4]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。該條款同時還指出，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。但實際試驗中，待測物的工況模式，是與最惡劣狀態下的發射狀態一致。

3 多功能設備樣品的測試數據及結果分析

現對3種不同的樣品進行了分析，分別按照IEC 61000-3-2的標準要求，進行諧波電流發射的測試。

3.1 測試樣品A描述

根據上文對多功能設備的檢測流程建議，在以下分析中，根據實際情況，把待研究的帶有無線輸電模塊的多功能設備以其主要用途進行設備分類。

實驗中選擇一個由海爾公司生產的帶有無線輸電功能的LED燈具設備，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，因此在試驗時設備分類存在困難。本報告試驗過程中采用C類設備的限值。

3.2 樣品A的測試數據

樣品A諧波電流測試波形如圖1所示（圖中的峰狀不規則曲線），其諧波分量柱狀圖如圖2所示。經對樣品的測試數據進行分析，從表1可得出結論，該樣品諧波電流測試不符合現版諧波電流文獻[4]的要求。

圖1 樣品A諧波電流測試波形圖

圖2 樣品A的諧波分量柱狀圖數據

表1 樣品A的3次及5次諧波分量（按C類設備進行評估）

在對樣品A進行測試過程中，從測試數據中可以發現，該樣品的諧波電流如果按照C類設備的限值，不符合標準的要求。但由于多功能設備在設備功能上，具有跨界功能，對于設備的分類，根據現有標準條款，較難明確劃歸為某一類設備，即可從設備功能上將其劃歸為多個類別，這樣對于這類設備的測試判斷就會引起爭議。今后如何應用諧波電流標準進行測試，還需要經過專家多次論證和研討。

3.3 樣品B的測試結果描述

選擇一個具有無線輸電功能的平板設備，額定功率為10W，記作樣品B；測試工作電壓為230V，50Hz。根據測試數據我們進行相應計算，對該樣品按照D類設備進行評估，見表2。

表2 樣品B的3次及5次諧波分量（按D類設備進行評估）

對樣品進行數據處理，發現該樣品B諧波電流測試不符合標準的要求。這表明，在對低功率的新型多功能設備設置諧波電流發射限值時，需要更加詳盡的測試數據。

3.4 樣品C的測試結果描述

一個配置有無線供電模塊的組合式多功能設備（含有LED照明、無線通信功能的新型組合設備），額定功率為15W。當前試驗中可以把一個LED便攜式燈具和一個無線平板電腦組合，以模擬未來出現的多功能設備，記作樣品C。測試工作電壓為230V，50Hz。因樣品有功功率較低，且具有照明功能，因此在試驗時采用C類設備的限值進行評估。

對樣品C按照C類設備進行評估，發現該樣品C諧波電流測試不符合標準的要求。

表3 樣品C的3次及5次諧波分量（按C類設備進行評估）

4 IEC 61000-3-2：2014標準中存在的問題

根據以上3個樣品的測試數據，可以發現，對于當前的多功能設備，在諧波電流發射測量時，較易造成不符合標準要求的現象。這表明，標準對于這類設備產品還存在一些問題。這些問題已經在諧波測試研究中引起了重視[6-7]。對于新近出現的多功能設備，IEC標準化組織正在進行修訂和技術方案征集[8]。

4.1 設備分類的判斷

在實際測試中發現，A類設備定義十分豐富，各種未規定為B、C、D類的設備均可視為A類設備。因此在對接入設備進行分類時，各種需要接入公共電網的新型電子電氣設備，可納入A類設備。

然而，對于各種新型的多功能設備，該類設備會同時提供幾種用途，即可同時劃歸為A、B、C、或D類設備。對于有些設備屬于兩類設備的情形，需要在標準中對設備描述進行進一步澄清，以判斷其究竟被劃入哪一類設備類型。

4.2 多功能設備的定義

隨著技術和生產工藝的不斷發展，多功能的跨界設備越來越多。例如，帶有無線電磁耦合模塊，提供無線輸電的照明設備，是一種典型的多功能設備（即跨界設備）。因此需要對該類型多功能設備的諧波電流檢測流程，提出明確的條款和技術細節，并在現有IEC諧波標準中明確相關條款。目前標準中還未有關于多功能設備的明確定義。

4.3 針對多功能設備進行諧波發射限值評估時應考慮的其他參量

根據IEC/SC77A/WG-1等關于諧波電流發射測試的最新修訂意見[8]，考慮到當前消費市場大量出現小于10W功率的無線充電功能的電源輸電設備、便攜式照明設備，可建議提出10W以下的帶無線充電功能的設備豁免諧波電流測試。將來根據需要，將該值根據實際情況進行調整，以使得大量使用的新型帶無線充電功能的設備對供電網絡的影響控制在可控范圍內。

5 一項針對IEC諧波標準可行的修改建議

5.1 多功能設備

隨著新型電子、電氣和機械設備向著集成化、智能化方向發展，相關檢測標準中與之配套的檢測檢驗流程和裝置，也需要不斷地進行更新發展[9-10]。

目前對于多功能設備還沒有統一規范的定義。根據該類設備的實際情況，結合有關的文獻資料，建議對其定義為：多功能設備（multi-functional equipment，MFE），一種設備，可同時給用戶提供兩種或兩種以上不同功能。通常對于不同功能的劃分，可參照該設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 設備類型描述的建議方案

配置多功能模塊的新型多功能設備，為避免出現設備分類描述的矛盾情況，在對設備進行分類以進行諧波電流測試時，合理的策略是對特定運行工況下的待測物，根據其實際運行的主要用途，以確定設備類別，同時應參考該特定運行工況下相應的電學參數。因此，在文獻[4]第5章的技術條款中，建議增加內容：

對于多功能設備，可按照其主要用途進行分類。當該設備可被同時劃分為不同的設備類型時，要求選擇一種最惡劣的設備類型，其諧波電流發射滿足文獻[4]第7章的限值要求。

5.3 多功能設備諧波電流測試配置建議方案

建議對IEC 61000-3-2：2014中在附錄C部分，增加“C.16多功能設備”的試驗條件。

C.16多功能設備

多功能設備試驗時，調節其各種功能的控制裝置，確保：

1）各獨立功能的運行負載最大，或者發射最惡劣的狀態。

2）各獨立功能達到穩定狀態，要求觀察待測物的宏觀電學參數，在數分鐘內待該參數穩定（根據文獻[5]6 .2.3.1條款的要求，參數變化范圍<±5%）。

3）啟動待測物的所有功能，使用可以記錄待測物工況信息的電參數測試儀或者其他類似裝置。

4）記錄待測物工況信息的儀器得到的宏觀電學參量，把待測物接入測試系統中進行諧波電流測試。

多功能設備的功率可由多功能設備端部電壓和流入其工作的電流經計算得到，并以在試驗觀察周期內的時間平均值來測量。在進行試驗時，如果試驗系統或多功能設備的周圍環境中存在其它較強的電場或磁場干擾，把測試系統放在電磁屏蔽室中是一種優先選擇。

6 結束語

考慮多功能類設備的實際特點，結合IEC諧波電流發射標準中相關的技術條款，使用3種多功能設備樣品的測試數據和結果進行分析，表明需要在現行標準中對多功能設備的諧波電流測試條件進行系統的修訂和完善。本文提出了針對這些問題的一些修改建議。并提供了一份針對多功能設備的完整的諧波電流測試技術條款。該條款包含了多功能設備的定義、多功能設備分類的類型描述、以及多功能設備諧波電流測試配置方案。本文的研究結果可用于形成針對諧波標準的修正文件，用以提交給IEC TC77A的相關技術部門作為參考。

[1]程時杰，陳小良，王軍華，等.無線輸電關鍵技術及其應用[J].電工技術學報，2015，30（19）：68-84.

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

[3]張宇光.多功能機電傳動綜合測試系統設計[J].煤礦機電，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]扈羅全.電磁兼容諧波電流發射測試與應用[M].武漢：華中科技大學出版社，2015.

[7]扈羅全，劉小林，俞建峰.無線輸電功能類產品諧波電流測試條件分析與對標準的建議[J].標準科學，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]張開洪，顏禹，張歡韻，等.電場耦合式無線供電技術研究[J].電源技術，2015，39（5）：997-1000.

[10]唐亞迪，徐永海.微電網電能質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。