LED 燈具產(chǎn)品諧波電流的測試方法及其危害

何玲玲 瞿 艷

（安徽省產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗研究院 合肥 230051）

引言

電磁兼容問題是影響環(huán)境及產(chǎn)品質(zhì)量的重要因素之一，因此電磁兼容的要求及其標(biāo)準化工作也是再國內(nèi)外已經(jīng)引起的普遍關(guān)注。諧波電流是電磁兼容領(lǐng)域的一個部分，因此我國也針對此建立了相應(yīng)的國家標(biāo)準體系，對用電設(shè)備的諧波電流發(fā)射限值進行了規(guī)范。我國在1998 年、2003 年和2012 年先后發(fā)不了3 個版本的GB 17625.1 標(biāo)準，規(guī)定了每相額定輸入電流不大于16 A 的電氣和電子設(shè)備接入到共用低壓配電系統(tǒng)時的諧波發(fā)射允許限值。GB 17625.1-2012 發(fā)布實施已經(jīng)10 年，隨著社會經(jīng)濟技術(shù)的發(fā)展，尤其是照明控制技術(shù)和方法發(fā)展迅速，因此最新版本的GB 17625.1 標(biāo)準的修訂也是重點考慮照明設(shè)備的技術(shù)發(fā)展，從而提高了該標(biāo)準的適用性，更好的滿足市場及產(chǎn)品的發(fā)展現(xiàn)狀[1]。

1 最新版標(biāo)準GB 17625.1-2022 對LED 燈具產(chǎn)品諧波電流發(fā)射的要求

GB 17625.1-2022 標(biāo)準（以下簡稱“新版標(biāo)準”）已于 2022 年 12 月29 日發(fā)布，修改采用IEC 61000-3-2:2020 標(biāo)準，與GB 17625.1-2012（以下簡稱“舊版標(biāo)準”）相比，在術(shù)語、產(chǎn)品分類、限值要求、試驗條件等方面均發(fā)生了一下變化。本文僅針對LED 燈具產(chǎn)品的部分詳細進行說明。

1.1 照明設(shè)備的術(shù)語和定義進行了簡化并給出解釋

新版標(biāo)準定義的照明設(shè)備為：以產(chǎn)生和/或調(diào)節(jié)，和/或分配來自光源的輻射為基本功能的設(shè)備。并在標(biāo)準5.2 條給出照明設(shè)備的說明[1]。

1.2 更改了部分設(shè)備的限值規(guī)定

對于額定功率小于5 W 的照明設(shè)備，不規(guī)定其諧波發(fā)射限值[1]。

1.3 更改了額定功率≤25 W 的照明設(shè)備的發(fā)射限值要求

在新版標(biāo)準第7.4.3 條對5 W ≤額定功率≤25 W 的C 類照明設(shè)備提出要求，不僅限于放電燈，并且增加了一種可選限值要求（由原來的應(yīng)符合兩項要求之一，變更為三項要求之一）。新增限值要求為：

——THD 不應(yīng)超過70 %。用基波電流百分數(shù)表示3次諧波電流不應(yīng)超過35 %，5 次諧波電流不應(yīng)超過25 %，7 次諧波電流不應(yīng)超過30 %，9 次和11 次諧波電流不應(yīng)超過20 %，2 次諧波電流不應(yīng)超過5 %。

舊版標(biāo)準對于有功輸入功率大于25 W 的照明設(shè)備的諧波電流規(guī)定了限值，但對于有功功率不大于25 W 的照明設(shè)備只明確規(guī)定了放電燈的諧波電流限值，而對于LED 燈具未作限值規(guī)定[1]。

2 諧波電流測量及分析

2022 年安徽省市場監(jiān)督管理局對LED 照明產(chǎn)品及LED 讀寫臺燈產(chǎn)品進行了省級監(jiān)督工作，從安徽省各地市市場抽樣共計171 組，其中有11 組燈具產(chǎn)品額定功率大于25 W，可以按照GB 17625.1-2012 標(biāo)準的C 類限值要求進行諧波電流測試，其余160 組樣品額定功率小于25 W，由于GB 17625.1-2012 標(biāo)準未對有功功率不大于25 W 的放電燈以外燈具諧波電流作出要求，因此未進行諧波電流項目判定。

本次抽查從流通領(lǐng)域買樣，樣本量大，覆蓋產(chǎn)品種類豐富，基本覆蓋市場中的LED 燈具類型，筆者從本次抽查的LED 燈具樣品中選取了5 W ≤額定功率≤25 W的4 種代表性LED 燈具樣品，按照GB 17625.1-2022 標(biāo)準進行了諧波電流測試并于標(biāo)準限值進行了比較。按照GB 17625.1-2022 標(biāo)準附錄A 中對測量電路和試驗電源的要求，實驗室選用TESEQ 的NSG 1007 電源和ProfLine 2103 諧波和閃爍測試系統(tǒng)進行測試，下面對測試結(jié)果進行詳細闡述。

圖1 單相設(shè)備測量電路

2.1 LED 讀寫臺燈

第一組測試樣品如圖2 所示LED 讀寫臺燈，規(guī)格參數(shù)為220 V ～50 Hz 13 W，測試諧波電流波形見圖3，測試數(shù)據(jù)見表1。

表1 LED 讀寫臺燈諧波電流測試數(shù)據(jù)

圖2 LED 讀寫臺燈

圖3 LED 讀寫臺燈諧波電流測試曲線

將以上測試數(shù)據(jù)與GB 17625.1-2022 標(biāo)準第7.4.3 條限值要求對比，可以看出，該燈具總諧波畸變率THD 為193.75 %，遠超標(biāo)準THD 不應(yīng)超過70 %的要求。同時3 次、5 次、7 次、9 次和11 次諧波電流均遠超標(biāo)準規(guī)定限值要求，判定諧波電流測試不合格。

2.2 LED 吸頂燈

第二組樣品為圖4 所示LED 吸頂燈，規(guī)格參數(shù)為220 V ～50 Hz 22 W，測試諧波電流波形見圖5，測試數(shù)據(jù)見表2。

表2 LED 吸頂燈諧波電流測試數(shù)據(jù)

圖4 LED 吸頂燈外觀

圖5 LED 吸頂燈諧波電流測試結(jié)果

將以上測試數(shù)據(jù)與GB 17625.1-2022 標(biāo)準第7.4.3 條限值要求對比，可以看出，該燈具總諧波畸變率THD 為131.79 %，遠超標(biāo)準THD 不應(yīng)超過70 %的要求。同時3 次、5 次、7 次、9 次和11 次諧波電流均遠超標(biāo)準規(guī)定限值要求，判定諧波電流測試不合格。

2.3 LED 嵌入式燈具（面板燈）

第三組樣品為圖6 所示LED 嵌入式燈具（面板燈），規(guī)格參數(shù)為220 V ～50 Hz 16 W，測試諧波電流波形見圖7，測試數(shù)據(jù)見表3。

表3 LED 嵌入式燈具（面板燈）諧波電流測試數(shù)據(jù)

表4 LED 筒燈諧波電流測試數(shù)據(jù)

圖6 LED 嵌入式燈具（面板燈）外觀

圖7 LED 嵌入式燈具（面板燈）諧波電流測試結(jié)果

將以上測試數(shù)據(jù)與GB 17625.1-2022 標(biāo)準第7.4.3 條限值要求對比，可以看出，該燈具總諧波畸變率THD 為143.10 %，遠超標(biāo)準THD 不應(yīng)超過70 %的要求。同時3 次、5 次、7 次、9 次和11 次諧波電流均遠超標(biāo)準規(guī)定限值要求，判定諧波電流測試不合格。

2.4 LED 筒燈

第四組樣品為圖8 所示LED 筒燈，規(guī)格參數(shù)為220 V ～50 Hz 9 W，測試諧波電流波形見圖9。

圖8 LED 筒燈外觀

圖9 LED 筒燈諧波電流測試結(jié)果

將以上測試數(shù)據(jù)與GB 17625.1-2022 標(biāo)準第7.4.3 條限值要求對比，可以看出，該燈具總諧波畸變率THD 為120.32 %，遠超標(biāo)準THD 不應(yīng)超過70 %的要求。同時3 次、5 次、7 次、9 次和11 次諧波電流均遠超標(biāo)準規(guī)定限值要求，判定諧波電流測試不合格。

由以上四組LED 燈具產(chǎn)品的諧波電流測試結(jié)果可以看出，目前市場上流通的5 W ≤額定功率≤25 W 的LED 燈具產(chǎn)品，按照新版標(biāo)準測試其諧波電流不合格率是非常高的。

3 諧波電流產(chǎn)生的原因及其對電網(wǎng)的危害

諧波電流是指電流中所包含的頻率為基波的整數(shù)倍的電量，一般是周期性的非正弦電量進行傅里葉級數(shù)分解而得到的，通常稱為高次諧波[2]。諧波可以分為偶次諧波和奇次諧波，如第3、5、7、9 次稱為奇次諧波，第2、4、6、8 等為偶次諧波。當(dāng)基波為工頻50 Hz 時，2 次諧波為100 Hz，3 次諧波則是150 Hz，以此類推，示例見圖10。

電網(wǎng)上諧波產(chǎn)生的原因多種多樣，主要由電源端（發(fā)電設(shè)備）、輸送電電力設(shè)備以及負載端的非線性負載等三部分產(chǎn)生。針對本文討論的LED 照明燈具產(chǎn)生諧波即屬于用電負載端的非線性負載產(chǎn)生的諧波，LED 燈珠的工作電壓為直流24 V，市電為220 V 交流供電，因此LED 燈具產(chǎn)品一般由輸入整流濾波電路、開關(guān)電源電路以及輸出端的整流穩(wěn)壓電路組成[3]，最終將交流220 V電壓轉(zhuǎn)換為直流24 V 與LED 光源連接，點亮LED 光源。這個過程中整流濾波和開關(guān)電源電路是典型的非線性負載，會產(chǎn)生大量的諧波，在平衡的三相電力系統(tǒng)中，由于對稱關(guān)系偶次諧波會被大量消除或減弱，而實際測試中以奇次諧波為主。

圖10 諧波電流示例

諧波電流的危害是非常多的，高過的諧波電流會使電能的生產(chǎn)、傳輸和利用效率降低，同時對同一電網(wǎng)中的電氣設(shè)備過熱、產(chǎn)生噪聲甚至振動，會降低其使用壽命，嚴重時可能引發(fā)設(shè)備故障或者損壞。

4 結(jié)語

國標(biāo)GB 17625.1-2022《電磁兼容 限值 第 1 部分：諧波電流發(fā)射限值（設(shè)備每相輸入電流≤16 A）》已于2022 年 12 月29 日發(fā)布，并將于 2024 年 07 月 01 日起實施，替代 GB 17625.1-2012 標(biāo)準。在此過渡期間，建議各LED 照明設(shè)備生產(chǎn)企業(yè)及時關(guān)注產(chǎn)品諧波電流發(fā)射情況，持有CCC 證書的企業(yè)及時申請標(biāo)準換版，補充差異測試，以免影響正常的生產(chǎn)和銷售。