EMC谐波电流、电压波动和闪烁测试解析

　一、谐波电流

　　1.1 什么是谐波电流?

　　严格地讲，谐波是指电流中所含有的频率为基波的整数倍的电量，一般是指对周期性的非正弦电量进行傅里叶级数分解，其余大于基波频率的电流产生的电量。从广义上讲，由于交流电网有效分量为工频单一频率，因此任何与工频频率不同的成分都可以称之为谐波。

　　1.2 谐波电流的影响

　　由于半导体变流技术的发展，人们对电能的利用效率得到了大幅地提高，但大量的开关电源和晶闸管的使用也导致了谐波电流的产生。谐波电流具有十分严重的危害性，它一方面加重了电网中线负担，大量非线性负载产生的谐波电流将流过中线造成中线过负荷，严重情况下将烧毁中线，引发火灾;另一方面它又加重了电网高压电容的负担，电网用户变压器一般都接有高压电容用以滤除电网高频干扰，而高频的谐波电流流过电容将使温度上升甚至发生爆炸;另外，谐波电流还能引起电网电压波形畸变，从而影响其他电器产品的稳定运行。

　　谐波电流，设备的输入电压为正弦波(50Hz或者60Hz)，当该电压的输入负载为非线性电路(如：镇流器、开关电源、电子荧光灯等)时，将会使得输入电流发生畸变，即输入电流不为正弦波， 根据傅利叶变换，非正弦波信号在频域将会存在谐波，这些谐波电流将会降低设备电源的使用效率，并且会倒灌至电网，对电网产生污染，谐波电流是电磁兼容领域非常重要的EMI项目，然而近两年随着IEC谐波标准的不断更新，绝大部分在旧标准豁免的照明产品已经无法满足谐波要求，产品需要随着标准进行更新换代。

　　正是出于保护共用电网电能质量，保障电网和用户设备的正常进行，IEC提出了谐波电流限值标准。IEC 61000-3-2 电磁兼容性(EMC)-第3-2部分：限值-谐波电流发射限值(设备输入电流≤16A/相)将设备分为A、B、C和D四类。

　　Class A: 未指定为B类、C类或D类的设备应视为A类设备，A类设备的例子有:

　　三相平衡设备;家用电器，但不包括指明属B、C或D类别的器具;真空吸尘器;高压清洗机;工具，不包括手提工具;独立相位控制调光器;音频设备;舞台照明和工作室的专业灯具。

　　Class B:便携式工具;弧焊设备。

　　Class C:照明设备

　　Class D:功率小于或等于600w的设备，个人电脑及个人电脑显示器;电视接收器。

　　1.3 谐波电流豁免要求：

　　1)非连接到公共低压配电系统的电气电子设备;

　　2)标称电压为直流供电的电子电气设备;

　　3)标称电压小于AC 220 V的电气电子设备;

　　4)额定功率小于5w的照明设备;额定功率为75w的电子电气设备(照明设备除外);

　　5)总额定功率大于1kw的专业设备。

　　1.4 谐波电流的测试标准

　　在低压供电设备范畴内，涉及到的产品标准有：

　　Ø IEC61000-3-2(额定电流小于16A);

　　Ø IEC61000-3-4(额定电流大于16A);

　　Ø IEC61000-3-12(额定电流大于16A小于75A)

　　对应的EN标准中只有EN61000-3-2和EN61000-3-12列入了欧盟EMC协调标准的官方公报中，因此对于大于75A的设备没有相应的协调标准。涉及到测试方法的基础标准为IEC61000-4-7。

　　1.5 谐波电流的测试方法

　　1、设备：谐波分析仪和纯净的交流电源

　　2、测试范围：2～40次谐波。

　　3、谐波电流测试的限值标准：IEC61000-3-2中根据产品的分类Class A/B/C/D不同而有不同的限值。

　　A类设备：

　　B类设备：测试限值不大于A类设备对应限值的1.5倍;

　　C类设备

　　注：5W≤电子电气产品输入功率≤25W测试要求

　　额定功率大于等于5w且小于等于的照明设备至25w须符合下列三套要求中的一项。

　　Ø 条款一：谐波电流不得超过表3第2栏中与功率有关的限值。

　　Ø 条款二：第三次谐波电流，以基波电流的百分比表示，应不超过86%，第五次谐波电流不超过61%。此外,输入电流的波形应在60°之前或60°时达到5%电流阈值，在65之前出现峰值，在90度之前不能降低到电流阈值以下，电流阈值等于测量周期内出现的最高峰值的5%。

　　Ø 条款三：THD不得超过70%。以基波电流的百分比表示，三次谐波电流应不超过35%，五次电流应不超过25%，第七次电流不超过30%，第九次和第十一次电流不超过20%，第二次电流不超过5%。

　　D类设备：

　　1.6 谐波电流测试注意事项

　　测试时长：

　　解决谐波电流发射超标问题的基本方法是在原来的电源电路中增加功率因数校正(PFC)电路，或者改变已有的PFC电路;对于设备整体呈感性或容性的电子电气设备(如电动设备)，在正常工作时，其电流波形的峰值出现时间可能滞后或超前电压波形峰值，造成产品功率因数下降，对此类设备较常采用的方式是对应的容性或感性补偿，使电流与电压波形的峰值出现时间同步。

　　二、电压波动与闪烁

　　电压波动与闪烁测试主要测量EUT引起的电网电压的变化。由于波动性负荷功率因数低，无功功率变动量大，并且功率变化过程块，所以波动性负荷EUT是引起电压波动的主要原因。

　　如电弧炉等波动性EUT会引起供电出现连续性电压波动，并且是无规律的随机电压波动;而轧钢机和绞车等EUT的电动机频繁启动和焊机等负载间歇性通断电，也会引起电压波动，但这种波动是有一定规律的电压波动。

　　电压变化产生的干扰影响不仅仅取决于电压变化的幅度，还取决于它发生的频度。电压变化通常用两类指标来评价，即电压波动与闪烁。

　　电压波动与闪烁的危害：

　　Ø 照明灯光闪烁，影响人的视觉;

　　Ø 电视机/显示器等画面不稳定;

　　Ø 同一电网中的电子仪器设备等工作不正常，甚至损坏;

　　2.1 电压波动

　　其中电压波动主要反映在电网上突然有较大的电压变动，一般说来，它对闪烁测量的影响很小，但是对同一电网中其他设备特别是电子设备的影响可能是很大的。

　　闪烁测量则可以精确评定连续电压波动的影响，它可以反映对人类肉眼对产生随时间变化的光刺 激引起的不稳定视觉效果。

　　测试依据标准：IEC 61000-3-3/ GB 17625.2：对额定电流不大于 16A 的设备在低压供电系统中产生的电压波动和闪烁的限制。

　　2.2、电压闪烁

　　电压波动会导致同一电网中的其他电器设备不能正常工作。闪烁是电压波动导致照明产品闪变的一个结果。

　　闪变觉察率F(%)：

　　根据IEC推荐的试验条件，采用不同的波形、频率、幅值的调幅波工频电压为230V、60W的白炽灯供电照明，并对观察着的闪变视感试验进行统计，得到有明显视察和难以接受者的数量占比，即

　　注：A为没有觉察的人数;B为略有觉察的人数;C为有明显觉察的人数;D为难以忍受的人数

　　F大于50%为电压闪烁限值。

　　瞬时闪变视感度S(t)

　　表示人对照度波动的瞬时主观视觉反应，当闪变觉察率F=50%，S=1

　　闪烁分短期闪烁与长期闪烁两种：

　　短期闪烁Pst：是在短时间内(10min内)所评估出来的闪烁程度，用Pst=1作为闪烁刺 激的阈值。Pst实际上是模拟人对50Hz电网中工作在230V交流电压下60W的白炽灯在电压波动情况下所产生的闪烁感受程度。

　　长期闪烁PLt：指在较长时间内(在2H内)所评估出来的闪烁程度，标准用PLt=0.65作为闪烁刺 激的阈值。

　　闪烁限值

　　三、谐波电流、电压波动与闪烁的测试

　　电压波动和闪烁的测试，主要测量EUT引起的电网电压的变化。电压波动和闪烁电路中，供电电源S的参考阻抗Z(在50Hz时)的组成：RA=0.24Ω，jXN=0.15Ω;RN=0.16Ω，jXN=0.10Ω。

　　系统连接图-单相16A

　　系统连接图-三相32A