LED灯具产品谐波电流的测试方法及其危害.pdf

2023 年 7 月/Jul.2023 121技术创新/LED 灯具产品谐波电流的测试方法及其危害何玲玲 瞿 艳（安徽省产品质量监督检验研究院 合肥 230051）摘要：本文通过对即将实施的新版 GB 17625.1-2022 标准中针对 LED 灯具产品相关要求的变化进行分析，并结合市场中流通的常见几种LED灯具产品谐波电流测试情况，研究了谐波电流产生的原因及其对电网的危害，希望 LED 照明设备生产企业能够更加重视，从产品设计阶段进行改进，提高产品质量。关键词：GB 17625.1；LED 灯具；谐波电流Abstract：This article analyzes the changes in the requirements related to LED lighting products in the upcoming new version of GB 17625.1-2022 standard,and combines the harmonic current testing of several common LED lighting products circulating in the market to summarize the reasons for harmonic current generation and its harm to the power grid.It is hoped that LED lighting equipment manufacturers can pay more attention to it,improve it from the product design stage,and improve product quality.Key words：GB 17625.1;LED luminaire;harmonic currentTesting Methods and Hazards of Harmonic Current in LED Luminaire Products引言 电磁兼容问题是影响环境及产品质量的重要因素之一，因此电磁兼容的要求及其标准化工作也是再国内外已经引起的普遍关注。谐波电流是电磁兼容领域的一个部分，因此我国也针对此建立了相应的国家标准体系，对用电设备的谐波电流发射限值进行了规范。我国在 1998 年、2003 年和 2012 年先后发不了 3 个版本的 GB 17625.1 标准，规定了每相额定输入电流不大于16 A 的电气和电子设备接入到共用低压配电系统时的谐波发射允许限值。GB 17625.1-2012发布实施已经10年，随着社会经济技术的发展，尤其是照明控制技术和方法发展迅速，因此最新版本的 GB 17625.1 标准的修订也是重点考虑照明设备的技术发展，从而提高了该标准的适用性，更好的满足市场及产品的发展现状1。1 最新版标准 GB 17625.1-2022 对 LED 灯具产品谐波电流发射的要求GB 17625.1-2022 标准（以下简称“新版标准”）已于 2022 年 12 月 29 日发布，修改采用 IEC 61000-3-2:2020标准，与GB 17625.1-2012（以下简称“旧版标准”）相比，在术语、产品分类、限值要求、试验条件等方面均发生了一下变化。本文仅针对 LED 灯具产品的部分详细进行说明。1.1 照明设备的术语和定义进行了简化并给出解释新版标准定义的照明设备为：以产生和/或调节，和/或分配来自光源的辐射为基本功能的设备。并在标准 5.2 条给出照明设备的说明1。1.2 更改了部分设备的限值规定对于额定功率小于 5 W 的照明设备，不规定其谐波122日用电器/Electrical Appliances技术创新/Technology and Innovation发射限值1。1.3 更改了额定功率 25 W 的照明设备的发射限值要求在新版标准第 7.4.3 条对 5 W 额定功率 25 W 的C 类照明设备提出要求，不仅限于放电灯，并且增加了一种可选限值要求（由原来的应符合两项要求之一，变更为三项要求之一）。新增限值要求为：THD 不应超过 70%。用基波电流百分数表示 3次谐波电流不应超过 35%，5 次谐波电流不应超过 25%，7 次谐波电流不应超过 30%，9 次和 11 次谐波电流不应超过 20%，2 次谐波电流不应超过 5%。旧版标准对于有功输入功率大于 25 W 的照明设备的谐波电流规定了限值，但对于有功功率不大于 25 W 的照明设备只明确规定了放电灯的谐波电流限值，而对于LED 灯具未作限值规定1。2 谐波电流测量及分析2022 年安徽省市场监督管理局对 LED 照明产品及LED 读写台灯产品进行了省级监督工作，从安徽省各地市市场抽样共计 171 组，其中有 11 组灯具产品额定功率大于 25 W，可以按照 GB 17625.1-2012 标准的 C 类限值要求进行谐波电流测试，其余 160 组样品额定功率小于25 W，由于 GB 17625.1-2012 标准未对有功功率不大于25 W 的放电灯以外灯具谐波电流作出要求，因此未进行谐波电流项目判定。本次抽查从流通领域买样，样本量大，覆盖产品种类丰富，基本覆盖市场中的 LED 灯具类型，笔者从本次抽查的 LED 灯具样品中选取了 5 W 额定功率 25 W的 4 种代表性 LED 灯具样品，按照 GB 17625.1-2022 标准进行了谐波电流测试并于标准限值进行了比较。按照GB 17625.1-2022 标准附录 A 中对测量电路和试验电源的要求，实验室选用 TESEQ 的 NSG 1007 电源和 ProfLine 2103 谐波和闪烁测试系统进行测试，下面对测试结果进行详细阐述。2.1 LED 读写台灯SMZSZMIAUEUTG图 1 单相设备测量电路图 2 LED 读写台灯S-供电电源 ZM-测量设备的输入阻抗 M-测量设备ZS-供电电源的内阻抗 EUT-受试设备 U-试验电压IA-线电流的 h 次谐波分量 G-供电电源的开路电压第一组测试样品如图 2 所示 LED 读写台灯，规格参数为 220 V 50 Hz 13 W，测试谐波电流波形见图 3，测试数据见表 1。将以上测试数据与 GB 17625.1-2022 标准第 7.4.3 条限值要求对比，可以看出，该灯具总谐波畸变率 THD 为193.75%，远超标准 THD 不应超过 70%的要求。同时3 次、5 次、7 次、9 次和 11 次谐波电流均远超标准规定限值要求，判定谐波电流测试不合格。2.2 LED 吸顶灯第二组样品为图 4 所示 LED 吸顶灯，规格参数为220 V 50 Hz 22 W，测试谐波电流波形见图 5，测试数据见表 2。2023 年 7 月/Jul.2023 123技术创新/THD:193.75%Limit:70%Fail Harm#Harms（mA）100%Limit%of Limit Status 2 1.09 3.07 35.6 Pass 3 58.33 21.48 271.5 Fail 5 54.27 15.34 353.7 Fail 7 48.58 18.41 263.9 Fail 9 41.78 12.28 340.4 Fail 11 34.48 12.28 280.9 FailTHD:131.79%Limit:70%Fail Harm#Harms（mA）100%Limit%of Limit Status 2 1.12 4.82 23.4 Pass 3 84.28 21.73 249.8 Fail 5 65.48 24.10 271.7 Fail 7 44.20 28.91 152.9 Fail 9 27.10 19.28 140.6 Fail 11 19.91 19.28 103.3 Fail将以上测试数据与 GB 17625.1-2022 标准第 7.4.3 条限值要求对比，可以看出，该灯具总谐波畸变率 THD 为131.79%，远超标准 THD 不应超过 70%的要求。同时3 次、5 次、7 次、9 次和 11 次谐波电流均远超标准规定限值要求，判定谐波电流测试不合格。2.3 LED 嵌入式灯具（面板灯）第三组样品为图 6 所示 LED 嵌入式灯具（面板灯），规格参数为 220 V 50 Hz 16 W，测试谐波电流波形见图 7，测试数据见表 3。将以上测试数据与 GB 17625.1-2022 标准第 7.4.3 条限值要求对比，可以看出，该灯具总谐波畸变率 THD 为143.10%，远超标准 THD 不应超过 70%的要求。同时3 次、5 次、7 次、9 次和 11 次谐波电流均远超标准规定限值要求，判定谐波电流测试不合格。2.4 LED 筒灯第四组样品为图 8 所示 LED 筒灯，规格参数为220 V 50 Hz 9 W，测试谐波电流波形见图 9。将以上测试数据与 GB 17625.1-2022 标准第 7.4.3 条限值要求对比，可以看出，该灯具总谐波畸变率 THD 为图 3 LED 读写台灯谐波电流测试曲线图 5 LED 吸顶灯谐波电流测试结果表 1 LED 读写台灯谐波电流测试数据表 2 LED 吸顶灯谐波电流测试数据图 6 LED 嵌入式灯具（面板灯）外观图 4 LED 吸顶灯外观124日用电器/Electrical Appliances技术创新/Technology and Innovation120.32%，远超标准 THD 不应超过 70%的要求。同时3 次、5 次、7 次、9 次和 11 次谐波电流均远超标准规定限值要求，判定谐波电流测试不合格。由以上四组 LED 灯具产品的谐波电流测试结果可以看出，目前市场上流通的 5 W 额定功率 25 W 的LED 灯具产品，按照新版标准测试其谐波电流不合格率是非常高的。3 谐波电流产生的原因及其对电网的危害谐波电流是指电流中所包含的频率为基波的整数倍的电量，一般是周期性的非正弦电量进行傅里叶级数分解而得到的，通常称为高次谐波2。谐波可以分为偶次谐波和奇次谐波，如第3、5、7、9次称为奇次谐波，第2、4、6、8 等为偶次谐波。当基波为工频 50 Hz 时，2 次谐波为 100 Hz，3 次谐波则是 150 Hz，以此类推，示例见图 10。电网上谐波产生的原因多种多样，主要由电源端（发电设备）、输送电电力设备以及负载端的非线性负载等三部分产生。针对本文讨论的 LED 照明灯具产生谐波即属于用电负载端的非线性负载产生的谐波，LED 灯珠的工作电压为直流 24 V，市电为 220 V 交流供电，因此LED 灯具产品一般由输入整流滤波电路、开关电源电路以及输出端的整流稳压电路组成3，最终将交流 220 V电压转换为直流 24 V 与 LED 光源连接，点亮 LED 光源。这个过程中整流滤波和开关电源电路是典型的非线性负载，会产生大量的谐波，在平衡的三相电力系统中，由于对称关系偶次谐波会被大量消除或减弱，而实际测试图 7 LED 嵌入式灯具（面板灯）谐波电流测试结果THD:143.10%Limit:70%Fail Harm#Harms（mA）100%Limit%of Limit Status 2 1.13 3.86 29.2 Pass 3 69.52 26.99 257.6 Fail 5 57.69 19.28 299.3 Fail 7 43.26 23.13 187.0 Fail 9 29.11 15.42 188.8 Fail 11 18.60 15.42 120.6 FailTHD:120.32%Limit:70%Fail Harm#Harms（mA）100%Limit%of Limit Status 2 1.12 2.56 43.8 Pass 3 41.56 17.91 232.1 Fail 5 31.73 12.79 248.1 Fail 7 20.62 15.35 1