江朝軍 劉水強(qiáng) 蔡軍 李忠耀 劉 陽 陳 鵬

（1.公牛集團(tuán)股份有限公司 慈溪 315314； 2.中國質(zhì)量認(rèn)證中心 北京 100000；3.中國電器科學(xué)研究院股份有限公司 廣州 510300）

引言

GB/T 2099.1-2021[1]《家用和類似用途插頭插座 第1部分：通用要求》已于2021年10月11日發(fā)布，而標(biāo)準(zhǔn)GB/T 2099.3正處于新版本的起草階段，本文想通過對附加力矩量規(guī)的研究結(jié)果，推薦給標(biāo)委會(huì)引入一種量規(guī)，用來測試本標(biāo)準(zhǔn)中第14.23.2條款中的“力矩”試驗(yàn)。

1 研究背景

1.1 標(biāo)準(zhǔn)背景

目前我國現(xiàn)行轉(zhuǎn)換器產(chǎn)品國家推薦性標(biāo)準(zhǔn)為GB/T 2099.3-2015[2]；在本標(biāo)準(zhǔn)第14.23.2條款中，要求轉(zhuǎn)換器要進(jìn)行“力矩”試驗(yàn)。并明確，要采用滿足標(biāo)準(zhǔn)要求的插頭進(jìn)行相應(yīng)的試驗(yàn)。同時(shí)，在本條款注2中明確“代替相應(yīng)的插頭和線纜的量規(guī)，正在考慮中。”

而國際上，針對轉(zhuǎn)換器產(chǎn)品的力矩試驗(yàn)，有部分國家標(biāo)準(zhǔn)，明確了附加力矩試驗(yàn)用量規(guī)。分別是BS 1363-3:2018[3]和 NF C 61-314:2017[4]，其中，BS 1363-3標(biāo)準(zhǔn)在1995版本中附加力矩測試已有量規(guī)測試的要求，NF C 61-314:2008版本中BB 14.23.2注2中描述：正在研究一種量規(guī)，以取代相應(yīng)的插頭和軟纜，隨后在NF C 61-314:2010版本中BB 14.23.2已增加附加力矩測試量規(guī)。

1.2 現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)換器力矩試驗(yàn)情況說明

GB/T 2099.3標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：“轉(zhuǎn)換器的每個(gè)插座應(yīng)先插合相應(yīng)的插頭，插頭帶有一根長1 m、符合60227 IEC 53 （RVV）標(biāo)準(zhǔn)的圓軟纜，其標(biāo)稱橫截面積為0.75 mm2?！鞭D(zhuǎn)換器力矩試驗(yàn)要配有標(biāo)稱橫截面積為0.75 mm2軟纜的插頭插入轉(zhuǎn)換器進(jìn)行試驗(yàn)。插頭的質(zhì)量與插頭外形帶來的“力臂”，將對試驗(yàn)結(jié)果產(chǎn)生影響。由于我國插頭插座標(biāo)準(zhǔn)的歷史背景以及和插頭插座產(chǎn)品特殊的市場情況，GB/T 1002-2021[5]標(biāo)準(zhǔn)也未對插頭的外形有規(guī)定。因此在進(jìn)行力矩試驗(yàn)時(shí)，選擇哪一種外形和質(zhì)量的試驗(yàn)插頭，可能影響試驗(yàn)結(jié)果。

本文選用兩種典型試驗(yàn)插頭，90 °彎插頭和180 °直插頭，對市場上常見的轉(zhuǎn)換器進(jìn)行附加力矩測試對比，來驗(yàn)證是否存在影響。經(jīng)過100多組的測試結(jié)果對比，得出結(jié)論：

1）多位轉(zhuǎn)換器只插入180 °直插頭測試結(jié)果如下：在“一轉(zhuǎn)二位”轉(zhuǎn)換器及以上都用180 °直插頭進(jìn)行測試，市場上的轉(zhuǎn)換器基本超出現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)要求值。

2）多位轉(zhuǎn)換器只插入90 °彎插頭測試結(jié)果如下：在“一轉(zhuǎn)二位”轉(zhuǎn)換器及以上都用90 °彎插頭進(jìn)行測試，市場上的轉(zhuǎn)換器90 %未超出現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)要求值。

3）多位轉(zhuǎn)換器同時(shí)插入180 °直插頭與90 °彎插頭測試結(jié)果如下：在“一轉(zhuǎn)二位”、“一轉(zhuǎn)三位”轉(zhuǎn)換器通過兩種類型的插頭組合測試，分析得出：當(dāng)轉(zhuǎn)換器上插合兩個(gè)180 °直插頭，市場上現(xiàn)有的產(chǎn)品約有87.8 %比例超出現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)要求值。

綜上所述，插頭的外形與質(zhì)量，將對試驗(yàn)結(jié)果產(chǎn)生較大的影響。

2 英/法式轉(zhuǎn)換器標(biāo)準(zhǔn)力矩測試要求說明

2.1 BS 1363-3:2018標(biāo)準(zhǔn)針對轉(zhuǎn)換器的力矩測試要求

英式轉(zhuǎn)換器力矩測試要求用量規(guī)測試在BS 1363-3:1995版本中就已經(jīng)有要求，測試方法按照13.10條款進(jìn)行，測試用量規(guī)按照標(biāo)準(zhǔn)Figure 35（見圖1）。附加力矩值要求不能超過0.7 N·m。英國插頭外形類型均為90 °平插頭，其量規(guī)設(shè)計(jì)均按其外形設(shè)計(jì)，量規(guī)的整體材質(zhì)采用黃銅材質(zhì)，插頭量規(guī)中R15部分是用來調(diào)節(jié)量規(guī)的扭力，M5部分是用來連接平衡配重砝碼，平衡配重砝碼B是模擬1 m 線長1.5 mm2電源線質(zhì)量，平衡配重砝碼C是模擬1 m 線長0.75 mm2電源線質(zhì)量。

BS 1363-3標(biāo)準(zhǔn)測試方法與GB/T 2099.3標(biāo)準(zhǔn)測試方法上相差比較大，其量規(guī)的設(shè)計(jì)是組合的方式，不同的插頭量規(guī)加上不同規(guī)格平衡配重砝碼，故國標(biāo)附加力矩量規(guī)的設(shè)計(jì)不參考英式附加力矩量規(guī)設(shè)計(jì)要求。

2.2 NF C 61-314:2017針對轉(zhuǎn)換器的力矩測試要求說明

NF C 61-314:2008標(biāo)準(zhǔn)中BB 14.23.2注2中要求：正在研究一種量規(guī)，以取代相應(yīng)的插頭和線纜。在下一版本NF C 61-314:2010 Annexe BB.14.23.2（見圖2）中增加了附加力矩試驗(yàn)量規(guī)的尺寸、質(zhì)量的要求以及附加力矩測試裝置。附加力矩值要求不能超過0.25 N·m。法式插頭外形類型主要分為90 °彎插頭和180 °直插頭。分析其量規(guī)的尺寸及其質(zhì)量，量規(guī)主要分為插頭主體和附加配重砝碼兩部分，插頭主體部分的材質(zhì)為密度2.9 g/cm3的鋁，插頭的插銷和附加配重砝碼的材質(zhì)為密度7.85 g/cm3的鋼，其中附加配重砝碼是模擬1 m 線長0.75 mm2線纜的質(zhì)量，量規(guī)整體尺寸是模擬插頭的長度。

圖2 NF C 61-314:2010 Annexe BB.14.23.2

NF C 61-314與GB/T 2099.3均屬與采用修改IEC 60884標(biāo)準(zhǔn)，本文可以在轉(zhuǎn)換器標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)附加力矩量規(guī)時(shí)，可參考借鑒法式附加力矩量規(guī)的設(shè)計(jì)思路。

3 我國居民轉(zhuǎn)換器產(chǎn)品實(shí)際使用場景調(diào)研及驗(yàn)證

3.1 家用電器插頭類型

對25戶家庭正在使用的家用電器插頭類型做了相應(yīng)調(diào)研。本次調(diào)查得出：家庭里的常見的電器主要分為33款大類，其中家用電器彎插頭約占比63.6 %，單相兩極直插頭約占比27.3 %，單相兩極帶接地直插頭約占比9.1 %，家用電器的插頭類型彎插頭占比較大。

調(diào)研顯示：

1）90 °單相兩極帶接地彎插頭使用場景相對較多；

2）180 °單相兩極帶接地直插頭的使用場景較少；

3）90 °單相兩極彎插頭使用場景較少；

4）180 °單相兩極直插頭使用場景相對較多。

3.2 我國居民轉(zhuǎn)換器產(chǎn)品實(shí)際使用場景

對家裝插座使用的高度要求做調(diào)研，轉(zhuǎn)換器的使用場景更多的是在臺(tái)面或桌面上。在臺(tái)面或桌面上使用情況下，插入轉(zhuǎn)換器的插頭的線纜會(huì)受到外力支撐，插頭軟纜對轉(zhuǎn)換器本體的“拖拽”情況較多，轉(zhuǎn)換器不易從插座中脫出，也即轉(zhuǎn)換器實(shí)際被施加的力矩值較小。

綜合家用電器插頭類型及轉(zhuǎn)換器使用場景，本文以10 A 、16 A 90 °單相兩極帶接地彎插頭、10 A 180 °單相兩極帶接地直插頭、10 A 180 °單相兩極直插頭這四類插頭作為研究對象。

4 國標(biāo)轉(zhuǎn)換器力矩試驗(yàn)附加力矩量規(guī)設(shè)計(jì)思路與量規(guī)參數(shù)說明

4.1 附加力矩量規(guī)設(shè)計(jì)方案前相關(guān)驗(yàn)證

“一轉(zhuǎn)二位”、“一轉(zhuǎn)三位”的轉(zhuǎn)換器是最為基礎(chǔ)、也是目前家庭常見的轉(zhuǎn)換器類型，市場數(shù)量占比約60 %以上。選用這兩種類型的轉(zhuǎn)換器進(jìn)行附加力矩的驗(yàn)證具有代表性。

通過上述場景調(diào)研數(shù)據(jù)可得出：轉(zhuǎn)換器中插合2個(gè)180 °直插頭，超出標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定值上限的概率約為87.8 %；因此量規(guī)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)考慮以90 °彎插頭為主，再加上一位180 °直插頭。

我國轉(zhuǎn)換器力矩試驗(yàn)附加力矩量規(guī)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)考慮模擬上述插頭實(shí)際情況，綜合考慮量規(guī)的質(zhì)量以及外形。

4.2 附加力矩量規(guī)質(zhì)量參考因素——電源線部分線路參數(shù)與質(zhì)量確認(rèn)

GB/T 2099.3標(biāo)準(zhǔn)中對電源線線纜的要求為：長度1 m，符合60227 IEC 53（RVV）標(biāo)準(zhǔn)的圓軟纜，其標(biāo)稱橫截面積為0.75 mm2。依據(jù)GB/T 5023.5-2008［6］標(biāo)準(zhǔn)表9中對2×0.75 mm2線纜外形尺寸要求：下限5.7 mm，上限7.2 mm；對3×0.75 mm2線纜外形尺寸要求：下限6.0 mm，上限7.6 mm。經(jīng)過市場上此規(guī)格電源線的調(diào)研，3×0.75 mm2電源線線纜外形尺寸的均值為6.8 mm，處于標(biāo)準(zhǔn)上下限的中位值上，我們市場上隨機(jī)抽取線纜外形尺寸6.8 mm十款電源線，對其1 m線長質(zhì)量進(jìn)行稱量（見表1），其平均值為64.8 g，其值近似等于法式附加力矩量規(guī)的附加砝碼質(zhì)量；2×0.75 mm2電源線線纜外形尺寸的均值為6.4 mm，處于標(biāo)準(zhǔn)上下限的中位值上，我們市場上隨機(jī)抽取線纜外形尺寸6.4 mm十款電源線，對其1 m線長質(zhì)量進(jìn)行稱量（見表1），其平均值為54.2 g。

表1 計(jì)量表

因此設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)換器力矩試驗(yàn)附加力矩量規(guī)時(shí)，應(yīng)考慮一個(gè)附加砝碼，其質(zhì)量分別取65 g和55 g，用以模擬插頭的軟纜重量。

4.3 附加力矩量規(guī)質(zhì)量參考因素——插頭部分參數(shù)與質(zhì)量確認(rèn)

設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)換器力矩試驗(yàn)附加力矩量規(guī)時(shí)，同時(shí)應(yīng)考慮設(shè)計(jì)一個(gè)量規(guī)本體，用以模擬插頭本體（去掉軟纜）部分重量以及外形厚度所施加的“力臂”。

對90 °彎插頭本體（去掉軟纜）進(jìn)行測量（見表2），量規(guī)主體部分質(zhì)量取40 g（最大值取整），插頭量規(guī)全長30 mm（同時(shí)與法式量規(guī)全長設(shè)計(jì)參數(shù)保持一致）。

表2 測量數(shù)量

對180 °直插頭本體（去掉軟纜）進(jìn)行測量（見表3），量規(guī)主體部分質(zhì)量取40 g（最大值取整），插頭量規(guī)全長取39 mm。

表3 測量數(shù)量

4.4 附加力矩量規(guī)其他參數(shù)設(shè)計(jì)說明

1）量規(guī)中插銷尺寸參數(shù)選擇：采用GB/T 1002-2021的尺寸參考值。

2）量規(guī)外形尺寸參數(shù)選擇：單相兩極帶接地附加力矩試驗(yàn)用量規(guī)外形參考GB/T 1002-2021中的圖3插頭外形示意圖；單相兩極附加力矩試驗(yàn)用量規(guī)外形參考我國常見插頭外形。

圖3 驗(yàn)證數(shù)據(jù)

3）量規(guī)材質(zhì)以及其他參數(shù)選擇：為使量規(guī)本體材質(zhì)耐腐蝕磨損，以及方便機(jī)械加工，量規(guī)本體材質(zhì)由鋁材和鋼材構(gòu)成，相關(guān)參數(shù)直接參考法式NF C 61-314:2017標(biāo)準(zhǔn)中 Annexe BB.14.23.2。見本文圖2中對附加力矩試驗(yàn)量規(guī)的尺寸、質(zhì)量的要求。

4.5 附加力矩量規(guī)模擬測試數(shù)據(jù)與插頭測試數(shù)據(jù)分析比較

根據(jù)以上設(shè)定的量規(guī)設(shè)計(jì)參數(shù)要求，設(shè)計(jì)出首款轉(zhuǎn)換器附加力矩用插頭量規(guī)，進(jìn)行附加力矩等效對比驗(yàn)證，驗(yàn)證數(shù)據(jù)（見圖3），并對驗(yàn)證結(jié)果進(jìn)行方差分析，得出P值遠(yuǎn)小于0.05，可認(rèn)為此設(shè)計(jì)的量規(guī)代替90 °彎插頭電源線方式是可靠的。

通過以上參數(shù)要求，重新設(shè)計(jì)附加力矩插頭量規(guī)，進(jìn)行附加力矩等效對比驗(yàn)證，驗(yàn)證數(shù)據(jù)（見圖4），并對驗(yàn)證結(jié)果進(jìn)行方差分析，得出P值遠(yuǎn)小于0.05，可認(rèn)為此設(shè)計(jì)的量規(guī)代替180 °直插頭電源線方式是可靠的。

圖4 驗(yàn)證數(shù)據(jù)

4.6 附加力矩量規(guī)設(shè)計(jì)方案說明

對10 A單相兩極帶接地等效量規(guī)設(shè)計(jì)方案：

1）目前第三方、企業(yè)實(shí)驗(yàn)室在轉(zhuǎn)換器力矩測試過程中較少全部使用180 °直插頭進(jìn)行測試；

2）經(jīng)實(shí)際使用場景調(diào)研，轉(zhuǎn)換器在使用過程中同時(shí)使用兩個(gè)或以上的180 °直插頭場景很少；

3）考慮到雖然180 °直插頭使用場景少，但也會(huì)存在，故基于90 °彎插頭和180 °直插頭在同時(shí)使用的情況比例下，設(shè)計(jì)一個(gè)量規(guī)等效來代替同時(shí)插合一個(gè)180 °直插頭和兩個(gè)90 °彎插頭場景下的量規(guī)。

結(jié)合90 °彎插頭和180 °直插頭參數(shù)，量規(guī)的全長取33 mm，其值算法是30 mm+（39 mm-30 mm）/3 mm= 33 mm。

采用相同的驗(yàn)證設(shè)計(jì)思路，分別對10A兩極180 °直插頭電源線、16 A三極90 °彎插頭電源線進(jìn)行分解測試，測試結(jié)果（見圖5、圖6）。

圖5 測試結(jié)果

圖6 測試結(jié)果

根據(jù)測試完成的參數(shù)，設(shè)計(jì)相對應(yīng)的量規(guī)進(jìn)行附加力矩等效對比驗(yàn)證，驗(yàn)證數(shù)據(jù)見圖7，方差分析得出P值遠(yuǎn)小于0.05，認(rèn)為量規(guī)代替插頭電源線的方式是可靠的。

圖7 驗(yàn)證數(shù)據(jù)

綜上所述，我們通過方差分析的結(jié)果認(rèn)為，根據(jù)對應(yīng)的插頭電源線參數(shù)設(shè)計(jì)出的量規(guī)替換原有的插頭電源線的方式是可靠的。推薦在標(biāo)準(zhǔn)GB/T 2099.3的14.23.2第1段內(nèi)容之后增加：對轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)換器的每個(gè)插座應(yīng)先插合相應(yīng)的附加力矩量規(guī)（見圖8、圖9）。圖8、圖9是指標(biāo)準(zhǔn)中對應(yīng)的圖號(hào)。

圖8 第14.23.2章單項(xiàng)兩極附加力矩插頭量規(guī)

圖9 第14.23.2章單項(xiàng)兩極帶接地附加力矩插頭量規(guī)

5 結(jié)束語

結(jié)合我國現(xiàn)行轉(zhuǎn)換器國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 2099.3-2015的未來修訂方向，綜合轉(zhuǎn)換器實(shí)際使用場景和我國市場上常見插頭類型及參考國際先進(jìn)試驗(yàn)方法，設(shè)計(jì)出轉(zhuǎn)換器力矩試驗(yàn)附加力矩量規(guī)；采用該量規(guī)進(jìn)行測試，加夠保證附加力矩檢測結(jié)果的均勻性和一致性，對標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法進(jìn)行有效補(bǔ)充，促進(jìn)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)被更廣泛的企業(yè)采納。