Nowości w normie 61000-3-2, na które warto zwrócić uwagę

Norma IEC 61000-3-2 weszła w życie w 1995 roku, a więc już bardzo dawno i dlatego co pewien czas była sukcesywnie aktualizowana. I tak w 2014 r. pojawiło się wydanie czwarte, w którym wprowadzono szereg istotnych zmian w wielu metodach pomiarów. Z kolei edycja 5. z 2018 r., tak zwana "oświetleniowa", uzupełniła normę badania oświetlenia LED-owego. W lipcu 2020 r. opublikowano najnowsze wydanie (5.1) wraz z poprawkami i wyjaśnieniami, kolejne zmiany planowane są na rok 2023, kiedy to IEC zaplanował daleko idące modyfikacje.

Zmiany dla urządzeń klasy C – korekcja współczynnika mocy

Nowoczesny sprzęt oświetleniowy (LED) wykorzystuje w torze zasilania aktywne układy korekcji PFC zapewniające tym urządzeniom typowo współczynnik mocy powyżej 0,9. Niemniej w obrębie klasy C (definiującej oświetlenie) wyróżniono teraz kilka podklas o różnych wymaganiach. W przypadku urządzeń o mocy większej niż 25 W aktualne limity dla poszczególnych prądów harmonicznych podano w tabeli. Dotychczas w przypadku trzeciej harmonicznej dopuszczalna wartość zależała od współczynnika mocy urządzenia. Im wyższy współczynnik mocy, tym limity były wyższe, co miało sens w czasach świetlówek i żarówek. Dzisiaj są to LED-y ze specjalnymi sterownikami, które mają inne właściwości.

W związku z tym grupa robocza IEC uzgodniła ustalenie limitu trzeciej harmonicznej prądu zasilającego na stałym poziomie o wartości 27% składowej podstawowej. Odpowiada to współczynnikowi mocy 0,9 zgodnie ze starą regułą, ale dzięki tej zmianie wszystkie limity mają stałą wartość, a nie są definiowane wzorem. W związku z tym nie jest wymagany pomiar współczynnika mocy podczas badania na zgodność z IEC 61000-3-2. Niemniej jednak większość analizatorów harmonicznych i tak mierzy współczynnik mocy, bo dobrze charakteryzuje on sprzęt oświetleniowy pod kątem zaburzeń.

Różnice między starymi i nowymi poziomami nie są duże. Dla lampy 600 W i PFC=0,95 stary limit 3. harmonicznej był 28,5 mA, nowy wynosi 27 mA. Gdy oprawa jest mniejszej mocy i ma dopuszczalny współczynnik mocy mniejszy niż 0,9, zmiana może być nawet odwrotna, tzn. nowy limit będzie łagodniejszy.

Partial Odd Harmonic Current – co to jest?

Kolejna zmiana w edycji 5.1 normy jest związana z tzw. POHC – sumą wyższych nieparzystych harmonicznych prądu zasilającego. Użyteczność parametru POHC kryje się w tym, że jedna wartość pomiarowa odpowiada za wiele składowych, od 21, przez 23, … do 39. Jest to parametr podobny koncepcyjnie do THD – współczynnika zawartości harmonicznych – który też jest obliczany jako pierwiastek kwadratowy sumy kwadratów poszczególnych harmonicznych i podawany jako wartość RMS. Metoda pomiaru POHC opiera się na analizie prowadzonej w odcinkach czasu po 200 ms. Wartość harmonicznych dla każdego takiego przedziału czasu musi mieścić się w zdefiniowanych granicach: suma wszystkich w zakresie do 150%, a pod pewnymi warunkami do 200%. Te zastrzeżenie dotyczy głównie pralek, które realizują bardzo długie cykle pracy: pompowanie, pranie, wirowanie, grzanie itp. Dzięki takiemu podejściu można zaakceptować chwilowe wyższe harmoniczne pojawiające się w fazie wirowania, ale musi to zostać "zrekompensowane" przez mniejszą zawartość prądów harmonicznych w pozostałej części czasu działania, tak aby średnia nie wyszła poza skalę.

 

Rys. 1. Różnice w limitach dla 3. harmonicznej na przykładzie lampy 600 W

Parametr POHC był już wymieniany w normie IEC 61000-3-2 w edycji 5, ale teraz w załączniku C dodano dwie metody jego obliczania. Jedna (C2) jest oparta na analizie wartości średnich, druga na oknach czasowych (C3)

W pierwszej 1-sekundowy odcinek pomiarowy dzieli się na pięć części i w każdej oblicza sumę nieparzystych harmonicznych od 21 do 39 za pomocą transformaty FFT, potem wyciąga średnią wartość dla każdej harmonicznej i z tej średniej wylicza POHC. W drugim sposobie liczy się współczynniki składowe POHC dla każdego okienka czasu i wszystkich składowych, i na koniec to z nich wyciąga średnią. Zaletą tego podejścia jest to, że w dowolnym momencie podczas pomiaru można obliczyć wartość POHC jako tzw. średnią kroczącą i na bieżąco widzieć tendencję i wartości pomiarowe z ostatnich sekund. Testy pokazują, że obie metody dają bardzo podobne wyniki.

 

Rys. 2. Metoda obliczenia POHC wg średniej składowych

Urządzenia wielofunkcyjne

Następna zmiana, którą przynosi edycja 5.1, związana jest z badaniami urządzeń wielofunkcyjnych. Takiego sprzętu jest w naszym otoczeniu coraz więcej. Lodówki mają połączenie do Internetu i wbudowany komputer, zmywarki pozwalają na komunikację przez Bluetooth, a lampki nocne zawierają bezprzewodową ładowarkę do telefonów komórkowych albo głośnik z połączeniem Wi-Fi.

 

Rys. 3. Metoda obliczenia POHC wg podziału czasowego ze współczynnikami cząstkowymi

Takich produktów jest coraz więcej, bo klienci oczekują coraz większej funkcjonalności, ale z punktu widzenia badań takiego sprzętu rodzi to dodatkowe trudności. Do jakiej klasy należy takie urządzenie? Bezprzewodowa ładowarka i głośnik Bluetooth są urządzeniami klasy A zgodnie z IEC 61000- 3-2. Ale lampa LED-owa jest sprzętem oświetleniowym i dlatego uważana jest za klasę C. Aby usunąć niejednoznaczności podczas testowania, grupa robocza IEC opracowująca nową normę określiła następujące zasady postępowania do urządzeń wielofunkcyjnych:

• trzeba przetestować każdą samodzielną funkcję urządzenia i musi ona spełniać wymagania dla swojej klasy,
• gdy możliwe jest działanie wszystkich funkcji w tym samym czasie, wymagana jest zgodność z najbardziej rygorystycznymi limitami,
• jeśli jedna z funkcji urządzenia jest uznawana za główną i nadrzędną w porównaniu do innych, wybiera się limity pasujące do niej.

Zatem lampa wielofunkcyjna może być testowana na dwa sposoby. Każda z funkcji jest testowana indywidualnie w przypadku, gdy mogą być one włączane osobno, tj. lampa jest testowana zgodnie z klasą C, a ładowarka i głośnik zgodnie z klasą A. Gdy pracują razem i są używane w tym samym czasie, stosuje się najostrzejsze limity, w tym przypadku byłaby to klasa C (dla oświetlenia).

 

Rys. 4. Metoda ustalania wymaganych poziomów dla urządzeń wielofunkcyjnych

W przypadku lodówki ze zintegrowanym komputerem, każda z funkcji może być testowana indywidualnie (klasa A dla lodówki i klasa D dla komputera). Gdy główną funkcją tego urządzenia jest chłodzenie (bo zużywa większość energii), kompletne urządzenie może być też testowane zgodnie z klasą A, gdy obie części (lodówka i komputer) pracują w tym samym czasie. Ustalenie, co jest główną funkcją urządzenia, może być dokonane przez zużycie energii, tj. to największe, ale gdy nie ma co do tego jasności, bo np. funkcja ładowania i lampa są równie często używane, istnieją dwie opcje postępowania: z testowaniem każdej funkcji indywidualnie lub wg ostrzejszych limitów.

Zasilacze zewnętrzne

 

Thomas Handschin jest inżynierem elektronikiem i w firmie AMETEK CTS pracuje od 15 lat, obecnie jako menedżer produktów EMC do pomiarów zaburzeń przewodzonych. Jest członkiem Komitetu Technicznego IEC 77A Grupy Roboczej 1 (harmoniczne) i 2 (migotanie).

Zasilacze zewnętrzne (External power supplies, EPS) to jednostki w obudowie niezwiązanej z urządzeniem. Zasilacze takie, jeśli są przeznaczone dla określonych modeli urządzeń (oznaczone) i sprzedawane razem z wyposażeniem, powinny być badane wraz z konkretnym urządzeniem i spełniać limity określonego sprzętu. Gdy nie są przypisane do urządzenia (nieoznaczone), należy je badać na sztucznym obciążeniu, określając uprzednio typy urządzeń, które może EPS zasilać. Taki zasilacz spełni wszystkie limity wymagane dla takich potencjalnych odbiorników.

Thomas Handschin, Product Manager AMETEK CTS

EMC Forto
tel. 518 643 512
www.emcforto.pl