无线输电多功能产品谐波测试及对标准修改建议

扈罗全，刘小林，俞建峰

（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.江南大学机械工程学院，江苏 无锡 214122）

无线输电多功能产品谐波测试及对标准修改建议

扈罗全1，2，刘小林2，俞建峰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.江南大学机械工程学院，江苏 无锡 214122）

为制定含无线输电多功能产品的谐波电流发射测试技术细则，以进一步完善未来IEC谐波电流发射测试标准，针对当前IEC 61000-3-2：2014标准技术条款，结合当前与无线输电多功能产品有关的谐波电流发射技术条款，分析含无线输电功能产品的谐波电流通用测试要求。使用带有无线输电功能的多功能样品，对其进行谐波电流测试数据。结合实验数据对涉及含无线输电功能产品标准条款的修订趋势作展望和分析，并建议在IEC 61000-3-2：2014中附录C增加合适的技术条款。

电磁兼容；谐波；无线输电；测试流程

0 引 言

随着各类新技术不断涌现，各种新型多功能产品陆续研发上市。作为当前技术新宠的新型无接触供电系统，已经快速在产品研发端发展壮大。基于无线输电技术包括无尾家电产品，新型含无线输电功能模块的各类产品和设备，采取集中无线供电模式的无线输电站系统等，在未来即将大量上市。

当前，以移动通信产品和便携式消费类电子产品的无线输电系统最为热点。大量此类新型产品，集成了具有无线输电功能的电磁场耦合模块，可组成呈局域分布的依靠电磁场耦合进行能量转换传输的小型能源基站。目前已经有大量文献对这类产品的运行原理[1-2]、工作效率[3-4]、标准化发展[5-6]等展开了研究。文献[7]研究了电场耦合式无线供电技术原理和电路模型，并对其传输功率和传输效率的影响因素进行分析以提高其传输功率和效率的方法。文献[8]研究了基于互感模型，给出了系统发射线圈恒流,输出电压恒压的参数边界条件，提高系统传输功率的稳定性。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（100～2 000 W）无线供电的家电产品，未来这类新型产品将不断接入现有的电力网络，对公用供电网络会产生各种影响，有可能出现一些令人担忧的谐波骚扰等现象。因此，需研究此类产品的测试技术要求，分析随其产生的各种电磁学现象。

本文侧重于研究该类产品在公共电网系统中产生的谐波电流发射及相关测试技术，并对现行有效的IEC 61000-3-2：2014标准的部分技术条款[9]，提出修改意见和建议，为未来该领域内标准化技术发展提供参考。

1 含无线输电功能产品的谐波电流通用测试要求

从设备的功能、功率以及其他宏观特征来看，各种含无线输电功能的产品，例如，基于无线输电技术的无尾家电产品，可以纳入A类设备范围。这也符合标准[9]对于设备分类的要求。但是，对于含无线输电功能的多功能产品，在测试时与通常的样品检测流程出现不一样的结果。例如，标准[9]中条款6.2.1“试验配置”中明确指出：对于在标准[9]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。该条款还同时指出，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。但实际上，待测物的工况模式，是与最恶劣状态下的发射状态一致。

以谐波电流测试标准[9]中附录C.5.3条款为例进行分析。若灯具装有内置式调光器，则应按制造商规定的灯的最大负荷测量谐波电流。同时，为对样品的谐波电流发射性能获得全面的结论，在最小功率和最大功率之间分为5个等间隔，用以改变调光装置的设定值。当被测样品被分成5个等间隔功率档位分别进行测试时，根据标准[9]中7.3 a条款的要求，测试结果需要与最大负荷条件下的限值进行比较。因此在任何调光位置，谐波电流不应超过最大负荷条件下允许的电流值。

与灯具产品类似，含无线输电功能的多功能产品具有不同的功能，也具有不同的运行功率。实验中根据实际测试情况发现，含无线输电功能的多功能产品在运行过程中，功率会发生变化。经分析，发现其主要原因，是集成了无线输电功能的电磁场耦合模块，易遭受周边电磁场环境的干扰影响。因此在多数情况下，用于确定采用限值标准的功率，其数值变化要小，因而对此类产品的测试过程更为严格。故而在选择限值标准时，需要使用与运行工况下的实际功率档位相应的限值进行比较，同时需要在样品正常运行过程中，记录其运行功率，并涵盖其最大运行负荷条件，以便与限值进行比较。

2 无线输电功能产品谐波电流测试数据与分析

根据上文对无线输电功能产品的分类建议，可以把该类产品视作A类设备。对A类设备，目前对有功功率在75W以下的设备谐波电流豁免。但是，对于新近出现的多功能产品，IEC标准化组织正在进行修订和技术方案征集过程中[10-12]。在下文的分析过程中，根据实际情况，把待研究的无线输电功能产品分为各自相应的类型。

选取一个具有无线输电功能的平板产品，其额定功率为10W，记作样品1。选取一个配置有无线供电模块的组合式多功能产品（含有LED照明、无线通信功能的新型组合产品），其额定功率为15W。在试验中，可把一个LED便携式灯具和一个无线平板电脑组合，用来模拟未来出现的多功能跨界设备，记作样品2。测试工作电压为230V，50Hz。考虑到因这两个样品的特点，以及有功功率较低，在试验时先采用C类产品的限值并进行评估。

样品1的其他主要测试数据如下所示：

测试过程中的最大值：

其他相关测试数据参见图1～图4，表1和表2。

图1 样品1谐波电流测试波形图

图2 样品1谐波分量数据

图3 样品2谐波电流测试波形图

图4 样品2谐波分量数据

表1 样品1的 3次及5次谐波分量（按C类设备进行评估）

表2 样品2的 3次及5次谐波分量（按C类设备进行评估）

表3 样品1的 3次及5次谐波分量（按D类设备进行评估）

参考设备按照D类设备进行评估，根据表1和表2的数据，可以对其按照标准[9]和标准[13]的要求进行相应的计算。结果见表3。

从表1和表3的数据可以发现，对样品的数据进行处理，对测试结果的判断，有同样的结论，也即该样品谐波电流测试不符合标准。

在实际测试过程中，最终的测试数据分析表明，实验使用两个样品的谐波电流，如果按照C类设备的限值，或者按照小功率D类设备的限值进行评估，均不符合现有标准的要求。但由于含无线输电功能的产品在设备分类上，根据其自身产品的特点，既可以从整体结构划归为A类设备，也可以从设备功能上将其划归为其他类别。这就会对这类设备的测试过程，以及对结果的判断引起争议。今后如何对此类产品应用谐波电流标准进行测试，还需经过专家的论证和分析。

3 涉及含无线输电功能产品标准条款的修订趋势分析

在未来，将会出现大量使用无线输电功能的产品，例如新型的带有无线输电模式的LED灯具，无线充电装置等。对于此类产品的谐波电流发射及相关限值，需要进行全面评估和分析。据目前所知，各种类型的无线输电功能产品在工作时会产生一定程度的谐波电流。当大量无线输电功能产品同时使用时，对供电网络馈入的各次谐波有可能非常严重。当前大量民用无线输电功能产品的有功功率，在10W以下。在制定针对小功率无线输电功能产品的谐波电流限值时，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，以利于无线输电功能产品的推广和技术发展。根据IEC/SC77A/WG-1对于IEC 61000-3-2：2014的最新修订意见[11-12]，考虑到当前消费市场大量出现小于5W功率的产品，提出5 W以下的产品豁免谐波电流测试。但是对于无线输电功能产品而言，由于其功率因子很低，需要根据实际情况对无线输电功能产品设置的谐波电流豁免的功率，以使得大量使用的此类小功率产品，对供电网络的影响在可控范围内。

4 结束语

本文通过对无线输电功能产品测试过程的描述和数据分析，发现如果按照C类设备的限值，或者按照小功率D类设备的限值进行评估，自制的多功能样品均不符合现有标准的要求。因此在未来确定该类产品的谐波电流限值时，需要更多的测试样本。同时，可建议对IEC 61000-3-2：2014中附录C部分的技术条款进行如下修改：在该标准附录C中增加“C. 16带无线充电功能设备的试验条件”。根据待测物实际提供的功能，对该类设备进行分类。优先对设备划为非A类。

为利于使用无线输电技术新产品的发展，并有效控制电网中的谐波电流发射水平，对今后谐波标准修订工作提供参考，对于带无线充电功能设备的设备，在测试过程中需要调整其控制装置，在各项功能达到稳定并在最恶劣状态下后进行测试。

[1]武瑛.新型无接触供电系统的研究[D].北京：中国科学院电工研究所，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.

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[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.

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[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.

（编辑：刘杨）

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

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。