摘要：改革开放以来，我国的照明电器产品不仅在生产上得到了飞跃的发展，同时在技术水平和光效上也得到了长足的提高，为了针对全球性的能源紧缺以及我国的能源供应不能持续满足我国经济发展的趋势，国家已把节能减排作为重要的大事而列入对各级政府的考核要求。今年国家发改委又推出了对使用高效照明电器的政府补贴方案。但是，目前在使用这些高效的照明电器时，由于使用者专业知识的缺乏以及因追求低成本而造成的产品质量问题等原因，造成了一些使用地区的电网零线电流严重超标，因零线过热而造成的供电装置的损坏以及火警和火灾的现象时有发生。另外，因电子类照明电器无线电干扰超标而造成的局部地区的收音、通讯障碍，家用电器的红外线遥控失灵的情况也时有发生。本文从标准要求、原因分析以及如何防止这些不良情况的发生等方面阐述了一些观点，也给出了解决问题的思路和实例,供广大同行参考。

　　关键字：谐波 功率因数 EMI 导通角 零线电流

　　引言

　　由于照明电器电子控制装置在电网中的广泛应用，由此而带来的由照明电器所产生的谐波、功率因数以及传导干扰(EMI)问题已受到越来越广泛的关注。

　　我国成为世界第一照明电器生产和出口大国已是不争的事实。在众多的照明电器产品出口和国内消费中，应用电子控制装置的照明电器(例如：电子镇流器、自镇流节能灯以及采用电子镇流器的各类灯具)占有相当大的比例。据不完全统计，荧光灯电子镇流器的使用比例已≥50%，并且这种扩大的趋势仍在继续。在具有较大规模地使用电子控制装置照明电器已有近二十多年的今天，人们对此类电器所产生的谐波给电网造成的不利情况以及其EMI给通讯、收音和遥控带来的干扰已有了一个更全面更切实的认识。本文针对这一问题，开展进一步的论证，供广大业内人士及使用者参考。

　　1.标准对谐波的考核限值和分析

　　对照明电器的谐波考核在GB17625.1/IEC61000-3-2标准中基本上都属于C类，分为线路功率>25W和线路功率≤25W两类。

　　(1)线路功率>25W的照明电器谐波限值

　　对于线路功率>25W的照明电器从表1可看出，除了2次谐波要求明显高于GB/T15144-94(IEC929：1990)标准要求外，其余的3、5、7、9、11~39各奇次谐波要求均低于IEC929：1990中L级的电子镇流器的要求，但又明显高于IEC929：1990中的H级电子镇流器的要求。目前>25W的照明电器电子控制装置，要达到表1的要求，其功率因数起码≥0.96。并且其电流谐波总量THD在30%以下，如大量使用基本不会给电网造成不利情况。

表1

　　(2)线路功率≤25W气体放电类照明电器的谐波限值

　　对于输入功率≤25W，并且进线电流不连续的气体放电类照明电器，一般采用的考核要求是三次谐波≤86%，五次谐波≤61%，如果设输入电压过零时的相位是0，则输入电流的波形必须在电源相位角的60度前开始，(如果在半周期内有几个电流波峰，其最后的波峰必须在65度前发生)，输入电流不得在90度前停止，并且输入电流过零区能与输入电压的基波交于0。上述考核要求是IEC标准化组织经过较长时间的实验和分析而得出的。

图1

　　图1给出的是目前功率因数在0.5～0.6的电子镇流器点灯系统在三相四线制电网中使用时输入电流波形与电网电压波形。如果用电器的进线电流在每180度的半周期内是连续的话，并且三相负载平衡，那么三相电流在任一瞬间电流矢量都能相互抵消，从而使零线电流为零。如果三相负载不平衡的话，只要每相电流连续，零线中也只流过不平衡电流所折合的矢量和，这种情况下零线电流远小于相线电流。但是如果电子镇流器内是简单的整流滤波电路(见图2)，由于滤波电容器的存在，因此只有当电网电压的即时值大于滤波电容器端电压的即时值时，整流二极管才导通，此时才有进线电流产生，由于充电回路内阻抗很小，因此电容器端电压迅速上升，当电源电压的即时值与电容端电压的即时值相等时进线电流就截止。由这种简单的整流滤波电路所做成的电子镇流器的点灯系统，在电源180度的半周期内电流导通角一般仅为40～55度左右。而三相电流在零线上能实现相互局部或完全抵消的必须条件是它们能在某段时间或全部时间内同时到达零线，但是从图1可看出，只有当用电器的进线电流产生在60度之前并且导通角>60度时，才可能使三相电流矢量在零线上实现局部矢量的抵消，如果进线电流在60度以后导通并且电流导通角<60度时，零线上三相电流由于没有同时到达零线，所以也无法实现三相电流的矢量抵消，因此，此时的零线电流将是三个相线电流之和。如果此类电器的大量使用，对三相四线制并且零线截面小于相线截面的供电网络是很不利的。还有在电网相位接近90度时，是电压绝对值最大区域，如果用电器在接近90度前电流截止的话(由于此类电器的大量使用，并且电流导通或截止的步调一致)电网会因为突然的负载电流的减轻从而使电压峰值有一个突升现象，这将使电网电压波峰比明显增大。同理，要求输入电流波形过零区与电源电压基波的过零区相交也是为了使电流在相位上与电源电压保持合适的角度关系(很小的相移)，从而能在零线上实现三相电流矢量的局部抵消，使此类照明电器产生的电流波形失真对电网不致于造成明显影响。IEC61000-3-2宗旨是对C类照明电器的谐波进行必要限定的前提下，对于任一供电单元来说，电子镇流类照明电器用电量占该供电单元总用电量的百分比是很小的，所以对小功率的气体放电类照明电器适当放宽考核要求，从而兼顾了电子镇流类照明电器的可靠性和使用寿命以及制造成本。

　　(3)因谐波电流大而造成的对供电系统的危害。

　　从上述分析可知，即使是符合目前国标标准考核要求的≤25W的灯的控制装置，一般功率因数仅为0.55～0.6，其谐波总量(THD)约为180%～230%，如果在某一供电单元的使用量不大(小于14%)基本不会产生不利情况。但是，如果在某一供电单元每相电源使用量超过零线承载电流的33%时，将会造成零线的严重发热，并且可能造成供电变压器零线引出端子的严重发热，这种隐患的存在将导致三相电压的不平衡，严重时甚至使零线和/或供电变压器的零线端子烧坏，造成三相电压变得严重不平衡而烧坏用电器，并且可能造成火警和火灾。在我国，日产几万～十几万只电子节能灯的生产企业，由于同时有几千只灯在线老练，造成了零线电流的严重超标，结果造成零线严重发热(表面塑料皮烧焦)，有的甚至造成零线的烧断和/或供电变压器零线输出端子的烧坏。这些事实已证明了上述的推断绝非危言耸听。另外，受低质低价的不正当市场竞争的影响，一些企业对>25W的电子镇流器，也采用了低功率因数、高谐波含量的电路，这无疑将给电网零线电流的增大起到了推波助澜的作用，也进一步降低了供电网络的安全性。

　　2.标准对电子类照明控制装置的无线电骚扰电压的限制要求

　　对电子类照明电器控制装置无线电骚扰电压的考核要求是辐射干扰和电源端子干扰。

　　对电子类照明电器控制装置的无线电骚扰电压的限值要求的标准是GB17743/CISPR15，目前的照明电器的控制装置由于电子镇流器内部的谐振逆变电路的特点，基本都会使其内部的磁芯材料发生局部时间的饱和，所以其产生的无线电干干扰的频率也是一个广谱的频段范围，目前的考核要求也从9KHz～30MHz。除了内置式无极荧光灯工作频率为2.6MHz，其它工作频率基本在30KHz～250KHz的范围内，由于没有很好的发射条件，在这一段的工作频率下，控制装置自身的辐射一般不容易超过标准的限值。但是，其通过电源端子反馈到电网的无线电干扰信号则可以利用电源电网的导线作为其良好的发生天线，对周围空间形成强大的无线电干扰。

　　目前在一些电子镇流器和电子节能灯的生产企业，每天都有大量的电子镇流器和节能灯处于老练状态。由于生产的这些照明电器电源端子骚扰电压(传导干扰)的超标，造成了在这些厂区周边几百米范围内，中波收音机无法正常收听，这种无线电干扰信号甚至能把整个一个区域的中波信号给淹没，不明原因的收听者甚至会怀疑收音机坏了。还有，某些电子镇流器的工作主频率在30KHz～38KHz范围内，如果其传导干扰超标，并且大量使用时，会造成我们的电视和空调遥控装置的失灵和乱动作。另外，一些无线电干扰较大的无极荧光灯照明系统还会造成在其附近的手机通讯中断。在国内，也曾经发生过在一栋大楼内同时使用几十个电子镇流器而造成电视机遥控失灵的情况。对于无线电干扰的防护，目前只能通过电子类照明电器自身的设计和质量来保证其干扰程度在可允许的范围内。

　　结论语

　　为了达到高效节能的照明效果，采用电子类的光源控制装置与高效光源配合的方案仍是普通照明的首选方案。但是，一定要注意电子类光源控制装置的谐波应满足标准要求，这是起码的前提，并且在电网的配电方面，必须按电流来计算，而决不能用功率来计算。即使是这样，对于三相四线制等截面的配电网络也必须保证：当此类电器的谐波含量THD≤30%(综合功率因数约为0.90)时，能保证配电网络在满负载运行时的用电安全性;对于大批量采用低功率因数的电子节能灯和电子镇流器(功率≤25W，功率因数仅为0.5)的情况，此类电器的每相电流只能小于该配电能力的三分之一，这样才能保证零线运行的安全性。对于三相四线非等截面的配电网络，当电网的综合功率因数约为0.9，THD≤30%时，每相负载电流只能是零线的最大承载电流;对大量采用功率因数仅为0.5的电子节能灯的情况，此类网络的每相负载电流只能小于零线承载电流的三分之一。

　　另外，上述采用电子控制装置的各种照明电器，其本身的辐射干扰一般不会造成明显的无线电干扰，但其传导干扰必须满足标准要求，如果传导干扰明显地超标，这类信号会反馈入电网并利用配电线作为发射天线，而把干扰能量发射到空中，从而严重影响一个区域的无线电收音及通讯环境。对于传导干扰信号，现有的供电网络是无能为力的，只能依赖于照明电子控制装置的本身的滤波网络来满足EMI的防护要求。

　　科学技术的进步使我们的照明电器的光效得到了大幅的提高，但我们更应该注意并认识到由此而产生的相应危害，认真的执行各种相关的标准和法规，从而保证我们在享用科技进步成果的同时，不会对我们的现状造成明显的损害。

　　参考文献：

　　[1]IEC61000-3-2/GB17625.1-2003电磁兼容限值谐波电流发射限值(设备每相输入电流≤16A)

　　[2]EN55015/GB17743-1999电气照明和类似设备的无线电骚扰特性的限值和测量方法