家用電器電磁場輻射測量方法的分析

吳洪清 馮海杰

（珠海格力電器股份有限公司 廣東珠海 519070）

家用電器電磁場輻射測量方法的分析

吳洪清 馮海杰

（珠海格力電器股份有限公司 廣東珠海 519070）

隨著變頻技術的應用，家用電器使用中產生的電磁輻射也越來越受到廣大消費者的關注。本文根據標準IEC 62233的要求，對家用產品電磁場輻射的測量方法進行了深入的闡述，并結合空調的實際測試案例，對測量方法進行詳解；文中根據電磁爐的案例，對測試結果和不確定度進行深入分析，以期幫助研究和設計人員更好理解標準。

電磁輻射；IEC 62233；家用電器；空調；測量方法

1 引言

國際電工委員會于2005年頒布IEC 62233《家用及類似用途器具-電磁場-評估及測量方法》規定了電磁場的測量方法。此標準定義了家用和類似用途器具周圍頻率不超過300GHz的電磁場評估方法，對于不打算作為一般家用，但對公眾仍可以構成危險的器具，如商店、農場等使用的器具，也在該標準的限定范圍之內。

2 測試方法步驟概述

2.1 家用產品電磁場輻射的測量及評估方法

IEC 62233定義了家用及類似用途電器（如電磁爐，空調器，電熱毯等）的周圍空間電磁場輻射水平的具體的測定及評估方法，針對各種器具規范了測量位置和測試條件。但此標準規定的方法僅適用與于頻率范圍10Hz～400KHz的電磁波。此輻射頻率范圍外的器具被認為是符合標準要求的而無需測量。對于帶有內部變壓器或電子線路的器具，如果其工作電壓低于1000V則認為符合標準，不進行電場測量。

2.1.1 測試設備

測量的器具為電磁傳感器，按測量面積，分為兩種：第一種電磁傳感器的測量面積為100cm2±5cm2，以下其設備樣品是包含空間X、 Y、Z三個相互垂直同心線圈，可以同時測試各個方向的輻射量。線圈最大外徑應小于等于13cm。測試時會將三個方向的測量值矢量疊加，所以這類儀器在測試時對放置方向沒有太大的要求；另一種面積為3cm2±0.3cm2的傳感器，其適用于在耦合因子確定的情況下，在高磁場區沿著最低梯度起點對表面正切進行測量。圖1是一款常用的電磁場強儀。

2.1.2 測試條件

在該標準的附錄A中規定了試驗的通用要求。器具在正常使用條件下，以額定電壓和頻率（偏差均不應大于±2%）供電，設定于最大運行狀態，試驗前器具應運行足夠的時間，以確保其為典型工作狀態，在25℃±10℃環境溫度下進行。標準附錄表A.1也對某些具體的產品給出了準確的測試要求，包括測試距離、測試位置、操作條件、耦合系數。

2.1.3 測試方法

標準定義了三種磁場的測量方法，包括時域評估法、線狀譜評估法、簡化測試方法。下面分別對三種方法進行分析。

（1）時域評估法

當不依賴信號類型（輻射頻譜獨立于場源頻譜之外）時，器具磁通量密度的測量可以用這種方法。該方法為避免爭議時使用的參考方法。對于有多個頻率的磁場，要用傳遞函數（轉移函數）進行修正，以表示其與參考水平頻率的關系。傳遞函數為頻率的函數，與參考水平成反比。

傳遞函數：使用一個一階濾波器建立，其特性如圖2所示。

時域評估法的具體步驟如下（圖3）：

①對三個線圈分信號分別測量；

②利用傳遞函數對各分信號進行加權；

③加權信號平方；

④信號平方求和；

⑤將平方和求平均值；

⑥將平均值取平方根。

將測得的值Brms（磁通密度有效值）與在頻率為50Hz下的磁通量密度參考水平值BRL（人可以承受的不會產生不良影響的均勻場的磁場強度的均方根值）相比較，不應超過BRL。用公式（1）計算加權結果。

W為測量結果的加權值，不應大于1。

對于帶有局部高場強的器具，應考慮耦合系數ac(r1)，即

此值也不應大于1。

（2）線狀譜評估法

此方法一般適用于只有線狀頻譜的情況，例如磁場具有一個50Hz的基本頻率和一些諧波。在每個相關頻率處測量磁通量密度，通過記錄磁通密度的時域信號并通過傅立葉變換對頻譜分量進行評估來獲得。測試步驟如下：

①每個線圈信號單獨測量；

②每個線圈信號使用傅立葉變換獲得頻譜評估；

圖1 電磁場強儀

表1 某電磁爐采集的10組測試數據表

③對每個不連續頻譜的全部三種頻譜矢量疊加。

磁通量密度B（j）為每個檢波頻率上的磁通密度的疊加，由公式（3）獲得：

Bx、By、Bz指任何一種頻率f（j）下，三個線圈各自的磁通密度。

抽象的求和總是導致輻射值和對于帶有高頻諧波分量或噪音的寬帶磁場的評估過高，由于不在同一相位上產生頻譜，使得基于以上公式的極限值非常保守。大多數測量設備測量不到相對相位，但可以對頻率分量進行有效值求和，就此而言，該方法更加符合實際的結果。

加權結果Wn由公式（4）求得：

采用耦合系數加權的結果為Wnc=ac(r1)·Wn。

式中，BRL(j)為頻率為f（j）下的磁通密度參考水平。加權值Wn不應超過1。

（3）簡化測試方法

該法適用于只在電源頻率及其諧波處產生磁場的器具。僅需在2KHz以下的頻率范圍內測試。當器具具備以下所有條件時，則認為其符合標準要求。

①產生磁場的電流（包括諧波電流）是已知的；

②振幅高于電源頻率幅度10%的所有諧波電流在所覆蓋的頻率范圍內持續衰減；

③在電源頻率測量的磁通量密度小于電源頻率下的參考水平的50%；

④在電源頻率的抑制下，頻率范圍內寬帶測量的磁通密度比該電源頻率下的參考水平低15%。

對電源頻率占支配地位而僅產生非常微弱磁場的器具，當滿足以下所有條件時，認為符合標準要求。

①產生磁場的電流（包括諧波電流）是已知的；

②振幅高于電源頻率幅度10%的所有諧波電流在所覆蓋的頻率范圍內持續衰減；

③在整個頻率范圍內測得的磁通密度小于電源頻率下的參考水平的30%。

當使用線狀譜或簡化測試方法得到的值超出參考水平，則使用時域評估法再次進行評估判定。

2.1.4 結果判斷

如果測試結果超出極限值的75%時，則需要考慮測試不確定度。在不考慮不確定度情況下，當最終測試值超出了參考水平時，則要利用耦合系數修正結果，以確定是否符合基礎限制。相應的耦合系數按照附錄C確定。若采用耦合系數仍然超過參考水平，并不能就此判定其不符合標準，還需要通過計算電流密度的方法來確定。

2.2 空調測試步驟

這里以空調為例，具體說明家用電器電磁場輻射的測試要求。

2.2.1 測試前準備

在一可控的環境下，測試環境工況：25±10℃。

電源：額定電壓±2%，頻率±2%，如是電源范圍則優先選出售國家的常用電源。

在未開機運行前，先測試環境中的輻射值，記錄數值W1。

2.2.2 開機運行

開機運行直到穩定狀態或運行1小時，取較長者。

以掛壁空調為例，樣機運行模式：

（1）制冷模式

溫度設定最小值（16℃）。

環境工況：室內30±5℃；室外25±10℃。

（2）制熱模式

溫度設定最大值（30℃）。

環境工況：室內15±5℃；室外25±10℃。

2.2.3 測試位置

不同器具的測試位置、測試距離及器具運行模式不同，具體根據標準附表A.1選取。空調要求在器具周圍進行測試，測試距離r=30cm。圖4中r為測試距離。

2.2.4 測試結果判定

測試采用ELT-400測試儀，推薦使用時域評估法較為方便操作，此儀器中有專門選項。所得的測試值要減去W1，最終結果應小于100%，則測試合格。如測試超出標準值，則需要引入空調的耦合系數α=0.18。

2.3 測試不確定度

如果測試結果超出極限值的75%時，才需要考慮測試不確定度。一般情況下空調的電磁輻射較低，可以不需要考慮不確定度。

目前電磁爐和微波爐的電磁輻射較高，一般需要判定不確定度，可根據以下程序進行確定。

2.3.1 不確定度來源

（1）測試時引進的不確定度

在同一條件測試多組，這里以某電磁爐為例，采集10組測試數據，如表1所示。

數據平均值為：

通過貝塞爾公式，求得標準差為：

（2）測試儀器引進的不確定度

根據儀器說明書的測量不確定度為u=4%，由于符合均勻分布，所以。

（3）電源引進的不確定度

根據電源的計量證書的測量不確定度為u=0.11%，K=2。

2.3.2 合成不確定度

將所有不確定度合成不確定度：

置信水平為P=95%，包含因子K=1.96。得出擴展不確定度為：

3 結語

市場競爭日益加劇，產品出口的技術門坎在不斷的提高。家用產品的電磁輻射越來越受到關注，歐盟國家是最先提出這方面測試要求的地區，澳洲最近也增加了相關要求。對于銷往這些地區的產品，特別是電磁爐等小家電的輻射值比較大，需要進行嚴格的測試。

圖2 傳遞函數特性

圖3 時域評估過程示意圖

圖4 器具測試距離示意圖

[1]IEC 62233-2005《Measurement methods for electromagnetic fields of household appliances and similar apparatus with regard to human exposure》

Analysis on electromagnetic measurement methods of household electric appliances

WU Hongqing FENG Haijie
(GREE Electric Appliance Incorporate of Zhuhai Zhuhai 519070)

With the use of inverter technology, the phenomena that the household electric appliances give off the electromagnetic radiation in operation are paid more and more attention. This paper analyses the electromagnetic measurement methods of household appliances according to the standard IEC 62233. And the paper takes the airconditioner for an example to illuminate the measurement steps. And the paper analyzes the result of the microwave oven and the uncertain factors, which helps the researchers to understand the standard better.

Electromagnetic ration; IEC 62233; Household electric appliances; Air-conditioner; Measurement methods