王 泉 劉 毅 趙慧云 岳洪霞 金 寧 咸美玲

（山東省計(jì)量科學(xué)研究院 濟(jì)南 250014）

引言

家用空調(diào)器、電冰箱等家電產(chǎn)品現(xiàn)已成為了普通老百姓家中最常用的家庭必備品，其安全質(zhì)量的好壞直接關(guān)系到家庭人員和財(cái)產(chǎn)的安全。

電機(jī)堵轉(zhuǎn)試驗(yàn)是涉及家電產(chǎn)品安全性能的重要項(xiàng)目，是家電產(chǎn)品的安全標(biāo)準(zhǔn)GB 4706.1-2005《家用和類(lèi)似用途電器的安全 第1部分:通用要求》、家用空調(diào)器產(chǎn)品的安全標(biāo)準(zhǔn)GB 4706.32-2012《家用和類(lèi)似用途電器的安全 熱泵、空調(diào)器和除濕機(jī)的特殊要求》、電冰箱產(chǎn)品的安全標(biāo)準(zhǔn)GB 4706.13-2014《家用和類(lèi)似用途電器的安全制冷器具、冰淇淋機(jī)和制冰機(jī)的特殊要求》等家電產(chǎn)品國(guó)家強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的安全性能檢測(cè)項(xiàng)目，主要是通過(guò)對(duì)家電產(chǎn)品電機(jī)在額定電壓狀態(tài)下進(jìn)行連續(xù)的、長(zhǎng)時(shí)間的模擬堵轉(zhuǎn)試驗(yàn)達(dá)到檢驗(yàn)其安全性能的目的。然而，國(guó)內(nèi)外目前均無(wú)此試驗(yàn)的智能測(cè)試系統(tǒng)，生產(chǎn)企業(yè)與檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)在進(jìn)行該項(xiàng)目試驗(yàn)時(shí)大多采用手動(dòng)控制、人工計(jì)時(shí)計(jì)數(shù)、人工測(cè)量數(shù)據(jù)的方式，既費(fèi)時(shí)費(fèi)力、效率低，又可能由于誤操作等人為因素影響了檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性、正確性。

為此我們根據(jù)目前家電產(chǎn)品電機(jī)堵轉(zhuǎn)試驗(yàn)安全性能測(cè)試現(xiàn)狀，設(shè)計(jì)研制了一套智能化測(cè)試系統(tǒng)，該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了對(duì)測(cè)試數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集處理，并實(shí)現(xiàn)了對(duì)整個(gè)試驗(yàn)過(guò)程的自動(dòng)化控制。

1 家電相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)電機(jī)堵轉(zhuǎn)試驗(yàn)的要求

家電產(chǎn)品中涉及電機(jī)堵轉(zhuǎn)試驗(yàn)的主要條款為：GB 4706.13-2014《家用和類(lèi)似用途電器的安全 制冷器具、冰淇淋機(jī)和制冰機(jī)的特殊要求》中的附錄AA、GB 4706.32-2012《家用和類(lèi)似用途電器的安全 熱泵、空調(diào)器和除濕機(jī)的特殊要求》中的第19.2條款。

主要內(nèi)容為：

家電中的風(fēng)扇電機(jī)遇到堵轉(zhuǎn)或啟動(dòng)失效時(shí)，電機(jī)的繞組不應(yīng)達(dá)到過(guò)高的溫度。對(duì)其進(jìn)行下面的試驗(yàn)：將帶有扇葉的風(fēng)扇電機(jī)固定在木板上，并堵轉(zhuǎn)風(fēng)扇電機(jī)的轉(zhuǎn)子，按照?qǐng)D1所示供電電路，以額定電壓或額定電壓范圍的上限對(duì)其供電。

試驗(yàn)應(yīng)持續(xù)運(yùn)行15天（360 h）或直到保護(hù)裝置永久斷開(kāi)電路，取時(shí)間較短者。試驗(yàn)期間環(huán)境的溫度應(yīng)保持在18～28 ℃之間。當(dāng)試驗(yàn)達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)，電機(jī)繞組的溫度持續(xù)≤90 ℃，則可以中止試驗(yàn)。試驗(yàn)期間，電機(jī)的外殼溫度不應(yīng)超過(guò)150 ℃，繞組的溫度不應(yīng)超過(guò)圖2中的值，供電電路中的漏電裝置不應(yīng)斷開(kāi)。

圖2 最高繞組溫度值

試驗(yàn)進(jìn)行3天后（72 h），在電機(jī)的帶電部件與外殼之間進(jìn)行1 250 V，1 min的電氣強(qiáng)度試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)束后，在電機(jī)的繞組與外殼之間施加2倍額定電壓，并測(cè)量泄漏電流，最大值不應(yīng)超過(guò)2 mA。

2 主要研究?jī)?nèi)容

2.1 堵轉(zhuǎn)試驗(yàn)及數(shù)據(jù)采集裝置的關(guān)鍵技術(shù)研究

標(biāo)準(zhǔn)要求對(duì)家電產(chǎn)品電機(jī)進(jìn)行最長(zhǎng)15天（360 h）的堵轉(zhuǎn)試驗(yàn)，試驗(yàn)期間，電機(jī)繞組溫度不應(yīng)超過(guò)相應(yīng)的限值，電機(jī)外殼溫度不應(yīng)超過(guò)150 ℃。為此考慮設(shè)計(jì)測(cè)試裝置在堵轉(zhuǎn)過(guò)程中實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)電機(jī)繞組溫度、電機(jī)外殼溫度、環(huán)境溫度等數(shù)據(jù)，并記錄測(cè)試時(shí)間，實(shí)現(xiàn)對(duì)測(cè)試裝置的遠(yuǎn)程操作控制。

2.2 電氣強(qiáng)度試驗(yàn)及數(shù)據(jù)采集裝置的關(guān)鍵技術(shù)研究

標(biāo)準(zhǔn)要求在堵轉(zhuǎn)試驗(yàn)開(kāi)始3天（72 h）后，要對(duì)電機(jī)進(jìn)行電氣強(qiáng)度試驗(yàn)。為此考慮使用全自動(dòng)耐電壓測(cè)試儀在電機(jī)的帶電部件與外殼之間進(jìn)行電氣強(qiáng)度試驗(yàn)，開(kāi)發(fā)相關(guān)控制軟件，在試驗(yàn)時(shí)間達(dá)到3天（72 h）后，自動(dòng)進(jìn)行電氣強(qiáng)度試驗(yàn)，試驗(yàn)后自動(dòng)采集記錄，實(shí)現(xiàn)操作的智能化、自動(dòng)化。

2.3 泄漏電流試驗(yàn)及數(shù)據(jù)采集裝置的關(guān)鍵技術(shù)研究

標(biāo)準(zhǔn)要求在堵轉(zhuǎn)試驗(yàn)結(jié)束時(shí)，在電機(jī)繞組與外殼之間施加2倍的額定電壓，同時(shí)測(cè)量泄漏電流。為此考慮使用全自動(dòng)泄漏電流測(cè)試儀進(jìn)行泄漏電流試驗(yàn)，開(kāi)發(fā)相關(guān)控制軟件，在試驗(yàn)結(jié)束時(shí)，自動(dòng)進(jìn)行泄漏電流試驗(yàn)，試驗(yàn)后自動(dòng)采集記錄，實(shí)現(xiàn)操作的智能化、自動(dòng)化。

2.4 數(shù)據(jù)整合及處理方法的關(guān)鍵技術(shù)研究

通過(guò)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)合成，實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)繞組溫度、電機(jī)外殼溫度的連續(xù)實(shí)時(shí)采集，電氣強(qiáng)度試驗(yàn)和泄漏電流試驗(yàn)數(shù)據(jù)的記錄，形成完整的數(shù)據(jù)采集、管理。

3 裝置關(guān)鍵技術(shù)設(shè)計(jì)方案

3.1 堵轉(zhuǎn)試驗(yàn)及數(shù)據(jù)采集裝置關(guān)鍵技術(shù)方案

首先，對(duì)電機(jī)堵轉(zhuǎn)的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行研究，以實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)子的堵轉(zhuǎn)。

標(biāo)準(zhǔn)要求將風(fēng)扇及其電機(jī)固定在木材或類(lèi)似材料上。將電機(jī)轉(zhuǎn)子堵轉(zhuǎn)，不拆除風(fēng)扇葉及電機(jī)托架。電機(jī)按標(biāo)準(zhǔn)要求的供電電路，以額定電壓或額定電壓范圍上限供電。

為此我們?cè)O(shè)計(jì)將電機(jī)安裝扇葉及電機(jī)支架后，固定在木質(zhì)材料上，并將電機(jī)風(fēng)扇扇葉鎖住，以實(shí)現(xiàn)電機(jī)轉(zhuǎn)子的堵轉(zhuǎn)。并按照標(biāo)準(zhǔn)要求設(shè)計(jì)電機(jī)的供電電路，在供電電源與電機(jī)之間安裝30 mA的剩余電流動(dòng)作斷路器。

其次，研究電機(jī)堵轉(zhuǎn)時(shí)各項(xiàng)數(shù)據(jù)的監(jiān)控、采集等關(guān)鍵技術(shù)，滿(mǎn)足對(duì)電機(jī)繞組溫度、電機(jī)外殼溫度、測(cè)試環(huán)境溫度等的測(cè)試要求。

標(biāo)準(zhǔn)要求對(duì)家電產(chǎn)品電機(jī)進(jìn)行最長(zhǎng)15天（360 h）的堵轉(zhuǎn)試驗(yàn)，試驗(yàn)期間，電機(jī)繞組溫度不應(yīng)超過(guò)相應(yīng)的限值，電機(jī)外殼溫度不應(yīng)超過(guò)150 ℃。

為此我們?cè)O(shè)計(jì)采用在線(xiàn)繞組溫度測(cè)試儀實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)電機(jī)繞組的溫度，采用溫度記錄儀實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)測(cè)試環(huán)境溫度及電機(jī)外殼溫度，采用數(shù)字功率表實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)電壓、電流、功率等數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)各種數(shù)據(jù)的動(dòng)態(tài)監(jiān)控。

根據(jù)自動(dòng)化測(cè)試的需求，配置了相關(guān)軟件和計(jì)算機(jī)接口，利用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)實(shí)現(xiàn)電機(jī)繞組溫度、測(cè)試環(huán)境溫度、電機(jī)外殼溫度、試驗(yàn)時(shí)間等數(shù)據(jù)采集、記錄。

3.2 電氣強(qiáng)度試驗(yàn)及數(shù)據(jù)采集裝置關(guān)鍵技術(shù)方案

標(biāo)準(zhǔn)要求在堵轉(zhuǎn)試驗(yàn)開(kāi)始3天（72 h）后，要對(duì)電機(jī)進(jìn)行電氣強(qiáng)度試驗(yàn)。

因此我們?cè)O(shè)計(jì)在試驗(yàn)時(shí)間達(dá)到3天（72 h）后，自動(dòng)切斷電機(jī)的供電電路，并啟動(dòng)全自動(dòng)耐電壓測(cè)試儀，在電機(jī)的帶電部件與外殼之間進(jìn)行1 250 V，1 min的電氣強(qiáng)度試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)束后自動(dòng)記錄試驗(yàn)結(jié)果，實(shí)現(xiàn)操作的智能化、自動(dòng)化。

3.3 泄漏電流試驗(yàn)及數(shù)據(jù)采集裝置關(guān)鍵技術(shù)方案

標(biāo)準(zhǔn)要求在堵轉(zhuǎn)試驗(yàn)結(jié)束后，立即在電機(jī)的繞組與外殼之間施加2倍額定電壓，并測(cè)量泄漏電流，最大值不應(yīng)超過(guò)2 mA。

因此我們?cè)O(shè)計(jì)使用全自動(dòng)泄漏電流測(cè)試儀進(jìn)行泄漏電流試驗(yàn)，開(kāi)發(fā)相關(guān)控制軟件，在試驗(yàn)結(jié)束后，自動(dòng)進(jìn)行泄漏電流試驗(yàn)，試驗(yàn)后自動(dòng)采集記錄，實(shí)現(xiàn)操作的智能化、自動(dòng)化。

3.4 數(shù)據(jù)整合及處理方法的關(guān)鍵技術(shù)研究

根據(jù)自動(dòng)化測(cè)試的需求，我們?yōu)樵O(shè)備配置了相關(guān)軟件和計(jì)算機(jī)接口，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)測(cè)試數(shù)據(jù)合成，實(shí)現(xiàn)對(duì)堵轉(zhuǎn)試驗(yàn)時(shí)間、電機(jī)繞組溫度、電氣強(qiáng)度、泄漏電流等數(shù)據(jù)的連續(xù)實(shí)時(shí)采集、記錄，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)與標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定條件比較，滿(mǎn)足結(jié)束條件時(shí)自動(dòng)停止試驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)對(duì)測(cè)試裝置的遠(yuǎn)程操作控制。并且在計(jì)算機(jī)上顯示測(cè)試數(shù)據(jù)、曲線(xiàn)，對(duì)測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、處理，形成完整的數(shù)據(jù)采集、管理，生成電子記錄。測(cè)試裝置結(jié)構(gòu)示意圖見(jiàn)圖3。

圖3 家電電機(jī)堵轉(zhuǎn)智能化測(cè)試裝置結(jié)構(gòu)示意圖

4 裝置關(guān)鍵技術(shù)的實(shí)施

4.1 堵轉(zhuǎn)試驗(yàn)及數(shù)據(jù)采集裝置關(guān)鍵技術(shù)的實(shí)施

1）電機(jī)堵轉(zhuǎn)部分

依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)要求，將電機(jī)安裝扇葉及電機(jī)支架后，固定在80 cm×80 cm的木質(zhì)材料上，并將電機(jī)風(fēng)扇扇葉鎖住，以實(shí)現(xiàn)電機(jī)轉(zhuǎn)子的堵轉(zhuǎn)。

2）供電線(xiàn)路部分

首先，裝置采用變頻測(cè)試電源9805A作為供電電源供電，可提供（0～300）V的輸入電壓，可滿(mǎn)足標(biāo)準(zhǔn)“電機(jī)以額定電壓或額定電壓范圍上限供電”的要求。

其次，在供電電源與電機(jī)之間安裝隔離變壓器及額定漏電電流30 mA的剩余電流動(dòng)作斷路器，用以檢測(cè)試驗(yàn)期間電機(jī)的漏電流，可滿(mǎn)足標(biāo)準(zhǔn)“在試驗(yàn)期間，額定漏電電流為30 mA的漏電裝置不應(yīng)斷開(kāi)”的要求。

3）電機(jī)繞組溫度測(cè)量部分

裝置采用在線(xiàn)繞組溫升測(cè)試儀Dac-hre-1實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)電機(jī)繞組的溫度。

采用四端子測(cè)量法，可根據(jù)不同的電機(jī)繞組材質(zhì)，設(shè)置不同的溫度系數(shù)，測(cè)量數(shù)據(jù)準(zhǔn)確。

在電機(jī)堵轉(zhuǎn)狀態(tài)下，可連續(xù)自動(dòng)測(cè)量電機(jī)繞組的阻值變化，并根據(jù)設(shè)定的溫度系數(shù)，自動(dòng)實(shí)時(shí)顯示電機(jī)繞組的溫度。測(cè)試精度可達(dá)到±1 Ω，滿(mǎn)足測(cè)量精度要求。

根據(jù)自動(dòng)化測(cè)試的需求，配置了相關(guān)軟件和計(jì)算機(jī)接口，利用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)實(shí)現(xiàn)電機(jī)繞組阻值及溫度等數(shù)據(jù)采集、記錄。

4）測(cè)試環(huán)境溫度及電機(jī)外殼溫度測(cè)量部分

裝置采用溫度記錄儀MW100實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)測(cè)試環(huán)境溫度及電機(jī)外殼溫度。

采用0.3 mm的細(xì)絲熱電偶，將其膠粘于電機(jī)外殼溫度最高處，用以監(jiān)測(cè)電機(jī)外殼溫度是否超過(guò)150 ℃。在測(cè)試臺(tái)周?chē)贾脽犭娕?，用以監(jiān)測(cè)試驗(yàn)期間的環(huán)境溫度，保證環(huán)境溫度保持在（18～28）℃。

根據(jù)自動(dòng)化測(cè)試的需求，配置了相關(guān)軟件和計(jì)算機(jī)接口，利用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)實(shí)現(xiàn)環(huán)境溫度、電機(jī)外殼溫度等數(shù)據(jù)采集、記錄。

5）試驗(yàn)電壓、電流、功率等數(shù)據(jù)測(cè)量部分

裝置采用數(shù)字功率表WT310實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)試驗(yàn)期間的電壓、電流、功率等數(shù)據(jù)。

通過(guò)監(jiān)測(cè)試驗(yàn)期間的電壓、電流、功率等數(shù)據(jù)，可以準(zhǔn)確的判斷電機(jī)進(jìn)行堵轉(zhuǎn)試驗(yàn)時(shí)的運(yùn)行狀態(tài)。

根據(jù)自動(dòng)化測(cè)試的需求，配置了相關(guān)軟件和計(jì)算機(jī)接口，利用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)實(shí)現(xiàn)電壓、電流、功率等數(shù)據(jù)采集、記錄。

4.2 電氣強(qiáng)度試驗(yàn)及數(shù)據(jù)采集裝置關(guān)鍵技術(shù)的實(shí)施

裝置采用耐壓測(cè)試儀TOS9201在電機(jī)的帶電部件與外殼之間進(jìn)行1 250 V，1 min的電氣強(qiáng)度試驗(yàn)。

將耐壓測(cè)試儀的測(cè)試線(xiàn)分別接于電機(jī)引線(xiàn)、電機(jī)外殼，設(shè)置耐壓測(cè)試儀測(cè)試電壓1.25 kV，測(cè)試時(shí)間60 s，報(bào)警電流100 mA。

在試驗(yàn)時(shí)間達(dá)到3天（72 h）后，系統(tǒng)切斷電機(jī)的供電電路，并啟動(dòng)耐電壓測(cè)試儀，進(jìn)行電氣強(qiáng)度試驗(yàn)，測(cè)試精度可達(dá)到±1 V，滿(mǎn)足測(cè)量精度要求。

根據(jù)自動(dòng)化測(cè)試的需求，配置了相關(guān)軟件和計(jì)算機(jī)接口，試驗(yàn)結(jié)束后系統(tǒng)自動(dòng)記錄試驗(yàn)結(jié)果，實(shí)現(xiàn)操作的智能化、自動(dòng)化。

4.3 泄漏電流試驗(yàn)及數(shù)據(jù)采集裝置關(guān)鍵技術(shù)的實(shí)施

裝置采用泄漏電流測(cè)試儀TOS3200測(cè)試電機(jī)繞組和殼體之間泄漏電流，其值不應(yīng)超過(guò)2 mA。

將泄漏電流測(cè)試儀的測(cè)試線(xiàn)分別接于電機(jī)引線(xiàn)、電機(jī)外殼，設(shè)置泄漏電流測(cè)試儀為儀表模式，測(cè)試網(wǎng)絡(luò)為網(wǎng)絡(luò)A，報(bào)警電流2 mA。

在試驗(yàn)結(jié)束時(shí)，系統(tǒng)將電機(jī)的供電電路切換至兩倍升壓電路供電，并啟動(dòng)泄漏電流測(cè)試儀，進(jìn)行泄漏電流試驗(yàn)，測(cè)試精度可達(dá)到±0.01 mA，滿(mǎn)足測(cè)量精度要求。

根據(jù)自動(dòng)化測(cè)試的需求，配置了相關(guān)軟件和計(jì)算機(jī)接口，試驗(yàn)結(jié)束后系統(tǒng)自動(dòng)記錄試驗(yàn)結(jié)果，實(shí)現(xiàn)操作的智能化、自動(dòng)化。

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，本文依據(jù)家用空調(diào)器產(chǎn)品的安全標(biāo)準(zhǔn)GB 4706.32-2012 《家用和類(lèi)似用途電器的安全 熱泵、空調(diào)器和除濕機(jī)的特殊要求》、電冰箱產(chǎn)品的安全標(biāo)準(zhǔn)GB 4706.13-2014 《家用和類(lèi)似用途電器的安全 制冷器具、冰淇淋機(jī)和制冰機(jī)的特殊要求》中對(duì)風(fēng)扇電機(jī)堵轉(zhuǎn)試驗(yàn)的要求，研制開(kāi)發(fā)了一套家電電機(jī)堵轉(zhuǎn)智能化測(cè)試裝置。該測(cè)試設(shè)備具有以下優(yōu)點(diǎn)：

1）實(shí)現(xiàn)了堵轉(zhuǎn)過(guò)程中的對(duì)電機(jī)繞組溫度等數(shù)據(jù)的動(dòng)態(tài)監(jiān)控和采集記錄，可滿(mǎn)足電機(jī)繞組阻值最大允許誤差±1 Ω的要求。

2）實(shí)現(xiàn)了堵轉(zhuǎn)過(guò)程中的對(duì)電機(jī)外殼溫度、測(cè)試環(huán)境溫度等數(shù)據(jù)的動(dòng)態(tài)監(jiān)控和采集記錄，可滿(mǎn)足溫度最大允許誤差±1 ℃的要求。

3）實(shí)現(xiàn)了電氣強(qiáng)度試驗(yàn)的自動(dòng)化測(cè)試及試驗(yàn)數(shù)據(jù)的自動(dòng)采集記錄，可滿(mǎn)足電氣強(qiáng)度最大允許誤差±1 V的要求。

4）實(shí)現(xiàn)了泄漏電流試驗(yàn)的自動(dòng)化測(cè)試及試驗(yàn)數(shù)據(jù)的自動(dòng)采集記錄，可滿(mǎn)足泄漏電流最大允許誤差±0.01 mA的要求。

5）實(shí)現(xiàn)了所有測(cè)試項(xiàng)目數(shù)據(jù)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)集中管理。

該測(cè)試設(shè)備的研制開(kāi)發(fā)，實(shí)現(xiàn)了家電電機(jī)堵轉(zhuǎn)試驗(yàn)過(guò)程的智能化、自動(dòng)化。通過(guò)實(shí)際測(cè)試表明，使用該試驗(yàn)設(shè)備，可滿(mǎn)足標(biāo)準(zhǔn)的試驗(yàn)要求，實(shí)現(xiàn)試驗(yàn)過(guò)程的智能化、自動(dòng)化，提高檢測(cè)的工作效率。