丘珊珊 李蔭瓏 陳信勇

珠海格力電器股份有限公司 廣東珠海 519070

1 常用凈化裝置簡析

一般家用凈化器凈化方案的實(shí)現(xiàn)方式主要有：HEPA網(wǎng)、IFD、負(fù)離子發(fā)生裝置等。

采用單一HEPA網(wǎng)凈化的方式，凈化性能穩(wěn)定，可靠性及安全性較高，但采用單一HEPA網(wǎng)凈化，HEPA網(wǎng)凈化效果在一定程度內(nèi)與風(fēng)量成正相關(guān)，如果采用貫流風(fēng)葉，風(fēng)量本身較離心風(fēng)機(jī)小，又因家用空調(diào)對噪音要求較高，循環(huán)風(fēng)量不可能太大，這就使得采用單一HEPA網(wǎng)的方式凈化效果受到限制。而且HEPA網(wǎng)風(fēng)阻較大，對空調(diào)制冷制熱性能影響較大；容塵量限制等因素導(dǎo)致凈化性能衰減較快，需定期更換。

IFD凈化方式：IFD材料原理與靜電集塵技術(shù)相似，即利用高壓電壓形成的強(qiáng)電場吸附PM2.5顆粒，PM2.5等粉塵顆粒帶電后從除塵模塊經(jīng)過，在電場的作用下帶電顆粒就被吸附在除塵模塊上，收集于微間距陣列的強(qiáng)電場孔道中，達(dá)到去除空氣中PM2.5顆粒的作用。IFD凈化方式風(fēng)阻小，循環(huán)風(fēng)量大，凈化效果較好，兼顧了空氣凈化性能及空調(diào)本身的制冷制熱性能。但I(xiàn)FD模塊在分體機(jī)上實(shí)現(xiàn)對結(jié)構(gòu)要求較高，另外安全性亦不如物理過濾方式。

負(fù)離子發(fā)生裝置單獨(dú)使用時，凈化效果不明顯，一般搭配HEPA網(wǎng)一起使用，其與HEPA網(wǎng)搭配后的凈化效果并非簡單的代數(shù)相加，而是能起到互相增益的效果。

高壓靜電除塵[1][2]是應(yīng)用得最廣泛的一種，它有四個過程：（1）電暈放電；（2）塵粒荷電；（3）帶電塵粒從氣體中分離；（4）整打清灰。

2 標(biāo)準(zhǔn)要求分析

部分凈化模塊輸入電壓雖然為低電壓，但峰值電壓實(shí)為高電壓。依據(jù)GB 4706.1-2005、IEC 60335-1《家用和類似用途器具的安全 第一部分：通用要求》第8.1.4條款的要求[3]，如果易觸及部件為下述情況，則不認(rèn)為其是帶電的：

——該部件由安全特低電壓供電，且

對交流，其電壓峰值不超過42.4V；

對直流，其電壓不超過42.4V。

或

——該部件通過保護(hù)阻抗與帶電部件隔開。

在有保護(hù)阻抗的情況下，該部件與電源之間的電流：對直流應(yīng)不超過2mA；對交流，其峰值應(yīng)不超過0.7mA；而且：

——對峰值電壓大于42.4V小于或等于450V的，其電容量不應(yīng)超過0.1μF；

——對峰值電壓大于450V小于或等于15kV的，其放電量不應(yīng)超過45μC；

通過對由額定電壓供電的器具的測量確定其是否合格。

應(yīng)在各相關(guān)部件與電源的每一極之間分別測量電壓值和電流值。在電源中斷后立即測量放電量。使用標(biāo)稱阻值為2000Ω的無感電阻來測量放電量。

注1：測量電流的電路見GB/T 12113 (idt IEC 60990)的圖4。

注2：電量是通過記錄在電壓/時間曲線中的總面積計(jì)算得出，面積求和時不考慮電壓極性。

基于以上帶電部件的標(biāo)準(zhǔn)定義，可以從凈化模塊的內(nèi)部元件組成以及供電方式進(jìn)行判定。

（1）是否由安全特低電壓供電，對交流，其電壓峰值不超過42.4V；對直流，其電壓不超過42.4V。通過該模塊的供電方式可以初步判定。

（2）該模塊是否通過保護(hù)阻抗與帶電部件隔開，根據(jù)GB 4706.1-2005[1]的22.42的要求，“保護(hù)阻抗應(yīng)至少由兩個單獨(dú)的元件構(gòu)成，這些元件的阻抗在器具的壽命期間內(nèi)不可能有明顯的改變。如果這些元件中的任何一個出現(xiàn)短路或開路，則8.1.4中規(guī)定的值不應(yīng)被超過”。對于該要求，可以通過分析該模塊的電路圖以及實(shí)物來判定，另外條件允許情況下，可以對失效其中一個阻抗元件的模塊進(jìn)行測試，來判定是否超過8.1.4中規(guī)定的值。

（3）對實(shí)物的爬電距離、電氣間隙進(jìn)行判定。考慮相應(yīng)的PCB板材、工作電壓以及污染等級，判定該模塊是否滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。

3 放電量測試

3.1 放電量測試方法

結(jié)合標(biāo)準(zhǔn)，可以搭建如圖1示的測試電路。

其中，依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)要求R采用的是2000Ω無感電阻，指的是2000Ω金屬膜電阻。如果是容性電阻，則電量測試結(jié)果偏小，如果是感性電阻，則電量測試結(jié)果偏大。

測試步驟：

（1）確保測試條件：測試環(huán)境：23f2℃；電源：額定電壓±1%，頻率±1Hz（優(yōu)選穩(wěn)壓電源或變頻電源）。

（2）閉合開關(guān)S，使模塊處于穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)。

（3）斷開開關(guān)S，立即合上開關(guān)K同時立即觀察示波器圖像以及對放電曲線進(jìn)行捕捉。

（4）根據(jù)q=∫Udt/R，對捕捉到的放電曲線利用示波器自帶的積分功能進(jìn)行積分，求出該過程的放電量q，見圖2。

其中：

q=∫Udt/R/R=124.8mVs/2000Ω=62.4μC

將計(jì)算得到的放電量q與標(biāo)準(zhǔn)條款進(jìn)行對比，即可判斷符不符合標(biāo)準(zhǔn)要求。

3.2 放電量計(jì)算

放電量測試結(jié)果的準(zhǔn)確性受以下因素限制：

圖1 測試電路

圖2 積分后的圖形曲線以及數(shù)據(jù)

圖3 間隔為10.9ms

圖4 間間隔為10.9ms的積分圖形及數(shù)據(jù)

①模塊屬于高壓發(fā)生器，需要示波器用到高壓探頭。當(dāng)用100:1的探頭去測量，電壓讀數(shù)會比較準(zhǔn)確，但同時該探頭的阻抗比較小，造成分流損失的電流比較大；當(dāng)用1000:1的探頭去測量時，電壓讀數(shù)的準(zhǔn)確性較前者差，但該探頭的阻抗較高，造成的分流損失較小。綜合來看，由于示波器測試導(dǎo)致的不可避免的實(shí)驗(yàn)偏差是存在的。

圖5 間隔為20.9ms

圖6 間隔為20.9ms的積分圖形及數(shù)據(jù)

圖7 放電能量測試波形以及數(shù)據(jù)

②對于同一個模塊、同一工況，斷開開關(guān)S到合上開關(guān)K的時間間隔的長短會直接影響到放電量的多少。

圖4中：

q=∫Udt/R/R=81.38mVs/2000Ω=40.69μC

圖6中：

q=∫Udt/R/R=78.25mVs/2000Ω=39.13μC

圖3、圖4、圖5、圖6，可以看到斷開開關(guān)S到合上開關(guān)K的時間間隔的長短會直接影響放電量的大小，故對于標(biāo)準(zhǔn)的“立即”的理解以及實(shí)驗(yàn)設(shè)備的靈敏度都會造成放電量q的偏差。

鑒于實(shí)驗(yàn)測試結(jié)果存在偏差，我們可以通過理論計(jì)算來提供參考保障。根據(jù)：

電量q=CU（C為電容量，U為電壓）

可以根據(jù)模塊的電路圖以及模塊里面元件的參數(shù)來計(jì)算出高壓端的電容量C，計(jì)算過程中需要考慮到電容的串并聯(lián)的算法以及二極管導(dǎo)致的不同通路，避免電容量的計(jì)算錯誤，得到高壓端的電容量C后與高壓端的U相乘即可得到放電量q。

由于模塊里面元件的參數(shù)只是標(biāo)稱值，并不是實(shí)測值，存在偏差，故理論計(jì)算得到的電容量C存在偏差，所以最終計(jì)算出的放電量q也存在偏差。但可依據(jù)電容C的上偏差，計(jì)算出放電量的最大值。將計(jì)算得到的放電量q與標(biāo)準(zhǔn)條款進(jìn)行對比，即可判斷符不符合標(biāo)準(zhǔn)要求。

4 放電能量測試

對于超過15kV的器具，還要依據(jù)GB 4706.45-2008/IEC 60335-2-65《家用和類似用途器具的安全 空氣凈化器的特殊要求》[4]：峰值電壓高于15kV時，其放電能量不應(yīng)超過350mJ。對于僅在清潔或使用者維護(hù)保養(yǎng)時拆卸蓋子后成為易觸及的帶電部件，其放電在拆下蓋子2s后測量。

W=E=0.5qU=0.5CU2

q=CU

q=∫Udt/R/R

所以，W=0.5∫Udt/R*U/R

將放電量測試過程中捕捉到的波形按照上述公式進(jìn)行積分。即可得到圖7的波形和數(shù)據(jù)。再將積分后的數(shù)值除以R，即可得到放電能量W。

W=0.5∫Udt/R*U/R=37.56V2s/2000Ω=18.78mJ

把計(jì)算結(jié)果與標(biāo)準(zhǔn)條款對比，即可判斷是否符合標(biāo)準(zhǔn)要求。

5 總結(jié)

對于凈化空調(diào)上的凈化模塊的安全性分析，不僅僅要考慮空調(diào)的通用標(biāo)準(zhǔn)，還要考慮到空氣凈化器的特標(biāo)。同時，由于測試過程中存在不可避免的實(shí)驗(yàn)誤差，需要結(jié)合理論計(jì)算來保證實(shí)驗(yàn)測試的可靠性。通過對凈化模塊基本結(jié)構(gòu)的對標(biāo)分析、放電量、放電能量的實(shí)驗(yàn)測試以及理論計(jì)算，綜合起來考慮，才可以對凈化模塊的安全性作出較為準(zhǔn)確的判定。