真空吸尘器工况对谐波电流测试的影响与分析

扈罗全 ， 向 霞

（1.苏州出入境检验检疫局，江苏 苏州 215104；2.中国检验检疫科学研究院电气研究室，江苏 苏州 215104；3.电子科技大学应用物理系，四川 成都 610054）

1 引 言

随着新产品不断推陈出新，各项检测标准更新频繁。对于出口的家电类产品，中国现在使用现行有效的出口目的国标准[1]。以家电产品谐波电流发射标准为例，基本上5年升级一个版本，现行有效的国际IEC 标准是 IEC 61000-3-2∶2005+A1∶2008[2-3]。真空吸尘器作为典型的小家电产品，在对接入220～240V电网的家用吸尘器产品进行电磁兼容检测时，必须进行谐波电流发射的测试。在新的标准中，真空吸尘器的测试条件有明显的变化。为了跟上国际谐波标准的更新步伐，针对真空吸尘器控制触发角的要求和实际应用进行分析和讨论，给出使用不同谐波电流发射测试方式的结果比较与分析。

2 标准对测试工况的要求

2.1 谐波电流限值

在谐波电流标准中，对限值进行了详细说明，具体要求如下（参见 IEC 61000-3-2∶2005，6.2.3.3条款[2]，以及文献[4-5]）：

在整个试验观察周期内得到的单个谐波电流的平均值应不大于所采用的限值。

对于每一次谐波，如条款6.2.2所定义的，所有的1.5 s的谐波电流平滑均方根值满足下面的两个条件之一：

（a）应不大于所应用限值的150%。

（b）应不大于所应用限值的200%，并同时满足下面的条件：

（1）EUT属于A类设备；

（2）大于所应用限值的150%的漂移时间，小于试验观察期间或者总共10 min观察期间的10%（当存在两种不同观察期间时，取相对漂移时间的较小值）；

（3）谐波电流的平均值在整个试验观察期间应不大于90%。

在试验条件下测量的，小于输入电流的0.6%或小于5 mA的谐波电流，无论哪一个较大都可不予考虑。

上面的条款（b）是最新版本谐波新标准中的内容。与旧版标准相比，新版标准对A类设备限值的具体应用放宽了评估条件，从原来限值的150%扩大为限值的200%。从数值上看，这是对旧标准限值应用的放宽。但实际上，由于计算谐波分量的大小时考虑了谐间波的影响，新标准中的评估条件更加严格和科学。这从一个侧面说明了家用电子电气类产品进行谐波电流发射测试标准的严酷性和复杂性。

2.2 工况信息对谐波电流测试的影响

以家电产品为例，待测物使用工况（有时也称工作条件、测试条件等）涉及的电参数有电压、电流、频率、有功功率、无功功率、功率因数、总谐波电流、触发角等。在IEC的电磁兼容标准体系中，其相关条款的制定均已经考虑到了工况对测试结果的影响作用，有很多文献对这一问题进行了研究[6-9]。以IEC 61000-3-2∶2005为例[2]，在谐波电流发射测试标准中，对白炽灯调光器和真空吸尘器等产品有触发角的要求。以吸尘器为例，要求触发角设定到90°±5°；如果是多级控制，则设定到最接近90°的那一级上。标准IEC 61000-3-2中未指明是电压或电流的触发角。在IEC 61000-3-2的2008年公布的增补文件中[3]，给出了使用电流触发角进行调控的示意图，因此在实际测试过程中均对电流波形进行控制。现在使用的绝大多数谐波电流测量仪对触发角有一个间接的观察窗口，无法精确地控制。

3 触发角工况的特点与影响

在谐波电流发射测试标准中，对白炽灯调光器和真空吸尘器等有触发角的要求。电流触发角的定义见图1。使用示波器可以观察吸尘器的电流触发波形。当电压相位90°时，对应电流相位为0°，此时触发角为90°，如图2所示。

在触发角控制过程中，经常被测试工程师忽略了两个细节。其一，由于待测物中非线性线路的影响，使得电压和电流之间的相位不同步，电流波形与电压波形之间有一定的相位延迟，见图3。实际测量的电压和电流异步波形见图4。这样当电压波形对应于90°位置，电流波形的相位往往会飘移到100°附近。其二，实际测量过程中发现，对吸尘器而言，如果第一个电流半周期在90°附近触发，但第二个半周期不会刚好在270°附近触发。图5给出了某吸尘器在运行过程中不同半周期处电流触发的波形示意图。第一个半周期在90°附近触发，但第二个半周期在280°附近触发（此处假设电压与电流同相）。

图5 吸尘器在运行过程中不同半周期处电流触发的波形示意图（测试仪器为EMC Partner HAR1000-P）

IEC标准把触发角定为90°附近，是因为在理想状态下该工况有可能产生最大的谐波电流。在新标准中对谐波电流大小的评价是使用三种工况的平均效应进行分析，因此触发角工作状态的设置对最终测量结果的影响非常大。这就要求在测试过程中必须正确设置吸尘器的触发角。尽管在标准[2]中没有明确指出触发角的定义，但是目前很多谐波电流测试软件均以第一个半周期的触发角为准。很多吸尘器在设计触发电路时，由于电路成本等因素，一般只考虑第一个半周期的触发位置。在实际测试过程中必须综合考虑这些因素，以使测试工况与标准的精神相一致。

4 不同谐波电流检测方式所得结果的比较

在实际检测过程中，通过大量实验发现，当使用示波器监测到电压触发角在90°附近时，待测的吸尘器输出功率在半功率点附近。这在理论上也很好理解，在理想的正弦波电流状态下，90°触发角表明只有半个周期的电流起有功作用，这种工况刚好对应于半功率状态。文献[10]给出了一种简单合理、便于实际操作的吸尘器谐波电流发射检测流程，现引用如下：

（1）电机设置在最大转速状态，敞开吸口运行3 min，测量其输出功率；然后吸口堵住20 s，随后测量其输出功率。对这两个功率值取算术平均，再调节吸尘器的风口，使得瞬时输出功率为前面计算的值，记作Pm。

（2）保持吸口不变化，如果最低转速状态的功率大于Pm/2，在最低转速状态运行2min（一般这种情况不会发生）；如果最低转速状态的功率小于Pm/2，则调整吸尘器的转速，使其实际运行功率达到半功率状态，运行2min。

（3）保持吸口不变化，电机设置在最高转速状态，运行2min。

（4）保持吸口不变化，电机设置在最低转速状态，运行2min。

图6 吸尘器在在不同工况下的平均谐波电流

取三个不同的吸尘器作为分析样本，同时设定三种不同的使用工况：工况A，90°触发角并考虑相位延迟；工况B，该文推荐的半功率状态；工况C，90°触发角，未考虑相位延迟。测试结果见图6（为简单起见只分析了2～10次谐波电流）。在单一工况条件下测试时间为2min，每个样本测试10次，然后进行统计分析，结果见图6。从图6中发现，在三个样本中，不同工况下的谐波电流值是有差异的，并且工况2给出的谐波电流值在几乎所有的谐波中均处于中间。这说明使用工况2进行测试时，测试结果的稳定性较好。

5 结束语

对真空吸尘器谐波电流发射测试进行了分析，发现在对真空吸尘器进行谐波电流测试时吸尘器的工况对测试结果影响很大，特别是真空吸尘器的触发角对谐波电流发射检测流程有着非常大的影响。根据最新版本的IEC谐波电流发射标准中若干条款的技术细则要求，结合实际的测试情况，分析了三种不同的工况条件下吸尘器的谐波电流测试结果。建议使用半功率状态来确保满足标准中对吸尘器触发角的控制要求，可以弥补某些测试分析软件的不足，同时测试的结果相对比较稳定。

[1]国家质量监督检验检疫总局检验监管司.落实专项整治加强出口小家电检验监管工作要求[EB/OL].2009.

[2] IEC 61000-3-2 ∶2005， Electromagnetic compatibility（EMC）-Part3-2:Limits-Limitsforharmonic current emissions（equipment input current≤16A per phase）[S].Switzerland，Geneva：IEC Press，2005.

[3] IEC 61000-3-2∶A1∶2008，Electromagnetic compatibility（EMC）-Part3-2：Limits-Limitsforharmonic current emissions（equipment input current≤16A per phase）[S].Switzerland，Geneva：IEC Press，2008.

[4] IEC 61000-4-7 ∶2002， Electromagneticcompatibility（EMC）-Part 4-7：Testing and measurement techniquesgeneral guide on harmonics and interharmonics measurements and instrumentation，for power supply systems and equipment connected thereto [S].Switzerland，Geneva：IEC Press，2002.

[5]GB 17625.1-2003，电磁兼容限值谐波电流发射限值（设备每相输入电流≤16A）[S].北京：中国标准出版社，2003.

[6] 张文英，柴彦清.测试条件对电容器电性参数值的影响[J].中国测试技术，2008，34（5）：30-33.

[7] 程丽玲，蔡永华.电磁兼容测量结果可追溯性技术探讨[J].环境技术，2007，25（6）：25-27.

[8] 邢 琳，陈 光.骚扰功率两种测试方法的比较[J].低压电器，2007（16）：43-47.

[9]扈罗全.电流参量测试仪及其在电磁兼容测试系统中的应用[J].安全与电磁兼容，2009（5）：19-21.

[10]扈罗全，薛 峰，吴 刚，等.新版谐波电流标准对吸尘器测试要求的比较分析[J].安全与电磁兼容，2008（5）：9-11.