扈羅全，劉小林，俞建峰

（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.江南大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，江蘇 無(wú)錫 214122）

無(wú)線輸電多功能產(chǎn)品諧波測(cè)試及對(duì)標(biāo)準(zhǔn)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(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.江南大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，江蘇 無(wú)錫 214122）

為制定含無(wú)線輸電多功能產(chǎn)品的諧波電流發(fā)射測(cè)試技術(shù)細(xì)則，以進(jìn)一步完善未來(lái)IEC諧波電流發(fā)射測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)，針對(duì)當(dāng)前IEC 61000-3-2：2014標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)條款，結(jié)合當(dāng)前與無(wú)線輸電多功能產(chǎn)品有關(guān)的諧波電流發(fā)射技術(shù)條款，分析含無(wú)線輸電功能產(chǎn)品的諧波電流通用測(cè)試要求。使用帶有無(wú)線輸電功能的多功能樣品，對(duì)其進(jìn)行諧波電流測(cè)試數(shù)據(jù)。結(jié)合實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)涉及含無(wú)線輸電功能產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)條款的修訂趨勢(shì)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(shù)條款。

電磁兼容；諧波；無(wú)線輸電；測(cè)試流程

0 引 言

隨著各類新技術(shù)不斷涌現(xiàn)，各種新型多功能產(chǎn)品陸續(xù)研發(fā)上市。作為當(dāng)前技術(shù)新寵的新型無(wú)接觸供電系統(tǒng)，已經(jīng)快速在產(chǎn)品研發(fā)端發(fā)展壯大。基于無(wú)線輸電技術(shù)包括無(wú)尾家電產(chǎn)品，新型含無(wú)線輸電功能模塊的各類產(chǎn)品和設(shè)備，采取集中無(wú)線供電模式的無(wú)線輸電站系統(tǒng)等，在未來(lái)即將大量上市。

當(dāng)前，以移動(dòng)通信產(chǎn)品和便攜式消費(fèi)類電子產(chǎn)品的無(wú)線輸電系統(tǒng)最為熱點(diǎn)。大量此類新型產(chǎn)品，集成了具有無(wú)線輸電功能的電磁場(chǎng)耦合模塊，可組成呈局域分布的依靠電磁場(chǎng)耦合進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換傳輸?shù)男⌒湍茉椿?。目前已?jīng)有大量文獻(xiàn)對(duì)這類產(chǎn)品的運(yùn)行原理[1-2]、工作效率[3-4]、標(biāo)準(zhǔn)化發(fā)展[5-6]等展開(kāi)了研究。文獻(xiàn)[7]研究了電場(chǎng)耦合式無(wú)線供電技術(shù)原理和電路模型，并對(duì)其傳輸功率和傳輸效率的影響因素進(jìn)行分析以提高其傳輸功率和效率的方法。文獻(xiàn)[8]研究了基于互感模型，給出了系統(tǒng)發(fā)射線圈恒流,輸出電壓恒壓的參數(shù)邊界條件，提高系統(tǒng)傳輸功率的穩(wěn)定性。海爾集團(tuán)控股的青島眾海匯智能源公司在國(guó)內(nèi)已經(jīng)開(kāi)發(fā)了大功率（100～2 000 W）無(wú)線供電的家電產(chǎn)品，未來(lái)這類新型產(chǎn)品將不斷接入現(xiàn)有的電力網(wǎng)絡(luò)，對(duì)公用供電網(wǎng)絡(luò)會(huì)產(chǎn)生各種影響，有可能出現(xiàn)一些令人擔(dān)憂的諧波騷擾等現(xiàn)象。因此，需研究此類產(chǎn)品的測(cè)試技術(shù)要求，分析隨其產(chǎn)生的各種電磁學(xué)現(xiàn)象。

本文側(cè)重于研究該類產(chǎn)品在公共電網(wǎng)系統(tǒng)中產(chǎn)生的諧波電流發(fā)射及相關(guān)測(cè)試技術(shù)，并對(duì)現(xiàn)行有效的IEC 61000-3-2：2014標(biāo)準(zhǔn)的部分技術(shù)條款[9]，提出修改意見(jiàn)和建議，為未來(lái)該領(lǐng)域內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)發(fā)展提供參考。

1 含無(wú)線輸電功能產(chǎn)品的諧波電流通用測(cè)試要求

從設(shè)備的功能、功率以及其他宏觀特征來(lái)看，各種含無(wú)線輸電功能的產(chǎn)品，例如，基于無(wú)線輸電技術(shù)的無(wú)尾家電產(chǎn)品，可以納入A類設(shè)備范圍。這也符合標(biāo)準(zhǔn)[9]對(duì)于設(shè)備分類的要求。但是，對(duì)于含無(wú)線輸電功能的多功能產(chǎn)品，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，標(biāo)準(zhǔn)[9]中條款6.2.1“試驗(yàn)配置”中明確指出：對(duì)于在標(biāo)準(zhǔn)[9]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。該條款還同時(shí)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)際上，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。

以諧波電流測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)[9]中附錄C.5.3條款為例進(jìn)行分析。若燈具裝有內(nèi)置式調(diào)光器，則應(yīng)按制造商規(guī)定的燈的最大負(fù)荷測(cè)量諧波電流。同時(shí)，為對(duì)樣品的諧波電流發(fā)射性能獲得全面的結(jié)論，在最小功率和最大功率之間分為5個(gè)等間隔，用以改變調(diào)光裝置的設(shè)定值。當(dāng)被測(cè)樣品被分成5個(gè)等間隔功率檔位分別進(jìn)行測(cè)試時(shí)，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)[9]中7.3 a條款的要求，測(cè)試結(jié)果需要與最大負(fù)荷條件下的限值進(jìn)行比較。因此在任何調(diào)光位置，諧波電流不應(yīng)超過(guò)最大負(fù)荷條件下允許的電流值。

與燈具產(chǎn)品類似，含無(wú)線輸電功能的多功能產(chǎn)品具有不同的功能，也具有不同的運(yùn)行功率。實(shí)驗(yàn)中根據(jù)實(shí)際測(cè)試情況發(fā)現(xiàn)，含無(wú)線輸電功能的多功能產(chǎn)品在運(yùn)行過(guò)程中，功率會(huì)發(fā)生變化。經(jīng)分析，發(fā)現(xiàn)其主要原因，是集成了無(wú)線輸電功能的電磁場(chǎng)耦合模塊，易遭受周邊電磁場(chǎng)環(huán)境的干擾影響。因此在多數(shù)情況下，用于確定采用限值標(biāo)準(zhǔn)的功率，其數(shù)值變化要小，因而對(duì)此類產(chǎn)品的測(cè)試過(guò)程更為嚴(yán)格。故而在選擇限值標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，需要使用與運(yùn)行工況下的實(shí)際功率檔位相應(yīng)的限值進(jìn)行比較，同時(shí)需要在樣品正常運(yùn)行過(guò)程中，記錄其運(yùn)行功率，并涵蓋其最大運(yùn)行負(fù)荷條件，以便與限值進(jìn)行比較。

2 無(wú)線輸電功能產(chǎn)品諧波電流測(cè)試數(shù)據(jù)與分析

根據(jù)上文對(duì)無(wú)線輸電功能產(chǎn)品的分類建議，可以把該類產(chǎn)品視作A類設(shè)備。對(duì)A類設(shè)備，目前對(duì)有功功率在75W以下的設(shè)備諧波電流豁免。但是，對(duì)于新近出現(xiàn)的多功能產(chǎn)品，IEC標(biāo)準(zhǔn)化組織正在進(jìn)行修訂和技術(shù)方案征集過(guò)程中[10-12]。在下文的分析過(guò)程中，根據(jù)實(shí)際情況，把待研究的無(wú)線輸電功能產(chǎn)品分為各自相應(yīng)的類型。

選取一個(gè)具有無(wú)線輸電功能的平板產(chǎn)品，其額定功率為10W，記作樣品1。選取一個(gè)配置有無(wú)線供電模塊的組合式多功能產(chǎn)品（含有LED照明、無(wú)線通信功能的新型組合產(chǎn)品），其額定功率為15W。在試驗(yàn)中，可把一個(gè)LED便攜式燈具和一個(gè)無(wú)線平板電腦組合，用來(lái)模擬未來(lái)出現(xiàn)的多功能跨界設(shè)備，記作樣品2。測(cè)試工作電壓為230V，50Hz?？紤]到因這兩個(gè)樣品的特點(diǎn)，以及有功功率較低，在試驗(yàn)時(shí)先采用C類產(chǎn)品的限值并進(jìn)行評(píng)估。

樣品1的其他主要測(cè)試數(shù)據(jù)如下所示：

測(cè)試過(guò)程中的最大值：

其他相關(guān)測(cè)試數(shù)據(jù)參見(jiàn)圖1～圖4，表1和表2。

圖1 樣品1諧波電流測(cè)試波形圖

圖2 樣品1諧波分量數(shù)據(jù)

圖3 樣品2諧波電流測(cè)試波形圖

圖4 樣品2諧波分量數(shù)據(jù)

表1 樣品1的 3次及5次諧波分量（按C類設(shè)備進(jìn)行評(píng)估）

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

表3 樣品1的 3次及5次諧波分量（按D類設(shè)備進(jìn)行評(píng)估）

參考設(shè)備按照D類設(shè)備進(jìn)行評(píng)估，根據(jù)表1和表2的數(shù)據(jù)，可以對(duì)其按照標(biāo)準(zhǔn)[9]和標(biāo)準(zhǔn)[13]的要求進(jìn)行相應(yīng)的計(jì)算。結(jié)果見(jiàn)表3。

從表1和表3的數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn)，對(duì)樣品的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，對(duì)測(cè)試結(jié)果的判斷，有同樣的結(jié)論，也即該樣品諧波電流測(cè)試不符合標(biāo)準(zhǔn)。

在實(shí)際測(cè)試過(guò)程中，最終的測(cè)試數(shù)據(jù)分析表明，實(shí)驗(yàn)使用兩個(gè)樣品的諧波電流，如果按照C類設(shè)備的限值，或者按照小功率D類設(shè)備的限值進(jìn)行評(píng)估，均不符合現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)的要求。但由于含無(wú)線輸電功能的產(chǎn)品在設(shè)備分類上，根據(jù)其自身產(chǎn)品的特點(diǎn)，既可以從整體結(jié)構(gòu)劃歸為A類設(shè)備，也可以從設(shè)備功能上將其劃歸為其他類別。這就會(huì)對(duì)這類設(shè)備的測(cè)試過(guò)程，以及對(duì)結(jié)果的判斷引起爭(zhēng)議。今后如何對(duì)此類產(chǎn)品應(yīng)用諧波電流標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測(cè)試，還需經(jīng)過(guò)專家的論證和分析。

3 涉及含無(wú)線輸電功能產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)條款的修訂趨勢(shì)分析

在未來(lái)，將會(huì)出現(xiàn)大量使用無(wú)線輸電功能的產(chǎn)品，例如新型的帶有無(wú)線輸電模式的LED燈具，無(wú)線充電裝置等。對(duì)于此類產(chǎn)品的諧波電流發(fā)射及相關(guān)限值，需要進(jìn)行全面評(píng)估和分析。據(jù)目前所知，各種類型的無(wú)線輸電功能產(chǎn)品在工作時(shí)會(huì)產(chǎn)生一定程度的諧波電流。當(dāng)大量無(wú)線輸電功能產(chǎn)品同時(shí)使用時(shí)，對(duì)供電網(wǎng)絡(luò)饋入的各次諧波有可能非常嚴(yán)重。當(dāng)前大量民用無(wú)線輸電功能產(chǎn)品的有功功率，在10W以下。在制定針對(duì)小功率無(wú)線輸電功能產(chǎn)品的諧波電流限值時(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，以利于無(wú)線輸電功能產(chǎn)品的推廣和技術(shù)發(fā)展。根據(jù)IEC/SC77A/WG-1對(duì)于IEC 61000-3-2：2014的最新修訂意見(jiàn)[11-12]，考慮到當(dāng)前消費(fèi)市場(chǎng)大量出現(xiàn)小于5W功率的產(chǎn)品，提出5 W以下的產(chǎn)品豁免諧波電流測(cè)試。但是對(duì)于無(wú)線輸電功能產(chǎn)品而言，由于其功率因子很低，需要根據(jù)實(shí)際情況對(duì)無(wú)線輸電功能產(chǎn)品設(shè)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(chǎn)品，對(duì)供電網(wǎng)絡(luò)的影響在可控范圍內(nèi)。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文通過(guò)對(duì)無(wú)線輸電功能產(chǎn)品測(cè)試過(guò)程的描述和數(shù)據(jù)分析，發(fā)現(xiàn)如果按照C類設(shè)備的限值，或者按照小功率D類設(shè)備的限值進(jìn)行評(píng)估，自制的多功能樣品均不符合現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)的要求。因此在未來(lái)確定該類產(chǎn)品的諧波電流限值時(shí)，需要更多的測(cè)試樣本。同時(shí)，可建議對(duì)IEC 61000-3-2：2014中附錄C部分的技術(shù)條款進(jìn)行如下修改：在該標(biāo)準(zhǔn)附錄C中增加“C. 16帶無(wú)線充電功能設(shè)備的試驗(yàn)條件”。根據(jù)待測(cè)物實(shí)際提供的功能，對(duì)該類設(shè)備進(jìn)行分類。優(yōu)先對(duì)設(shè)備劃為非A類。

為利于使用無(wú)線輸電技術(shù)新產(chǎn)品的發(fā)展，并有效控制電網(wǎng)中的諧波電流發(fā)射水平，對(duì)今后諧波標(biāo)準(zhǔn)修訂工作提供參考，對(duì)于帶無(wú)線充電功能設(shè)備的設(shè)備，在測(cè)試過(guò)程中需要調(diào)整其控制裝置，在各項(xiàng)功能達(dá)到穩(wěn)定并在最惡劣狀態(tài)下后進(jìn)行測(cè)試。

[1]武瑛.新型無(wú)接觸供電系統(tǒng)的研究[D].北京：中國(guó)科學(xué)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(wú)線電能傳輸技術(shù)的關(guān)鍵基礎(chǔ)與技術(shù)瓶頸問(wèn)題[J].電工技術(shù)學(xué)報(bào)，2015，30（5）：1-8.

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[6]KURS A，MOFFATT R，SOLJACIC M.Simultaneous midrange power transfer to multiple devices[J].Applied Physics Letters，2010，96（4）：23-30.

[7]張開(kāi)洪，顏禹，張歡韻，等.電場(chǎng)耦合式無(wú)線供電技術(shù)研究[J].電源技術(shù)，2015，39（5）：997-1000.

[8]翟淵，孫躍，蘇玉剛，等.具有恒壓特性的磁共振模式無(wú)線供電系統(tǒng)[J].電工技術(shù)學(xué)報(bào)，2015（9）：12-16.

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

[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(guó)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?、安全性能檢測(cè)。