摘 要：本文從控制方式和發(fā)熱元件兩方面對空氣炸鍋進(jìn)行了分類，簡要介紹了每一類產(chǎn)品的特性和標(biāo)準(zhǔn)條款的適用區(qū)別，針對非正常工作的安全檢測中經(jīng)常發(fā)生的不合格現(xiàn)象進(jìn)行了分析和解讀，為產(chǎn)品設(shè)計、制造和檢測的工程師提供參考。

關(guān)鍵詞：溫控器，保護(hù)裝置，保護(hù)電子電路

DOI編碼：10.3969/j.issn.1002-5944.2024.19.047

0 引 言

空氣炸鍋作為一款健康、便捷的廚房電器，近年來受到了越來越多消費者的青睞。因為其在烹飪過程中往往只需少量油或者不需要油就可實現(xiàn)油炸燒烤的效果，食用起來更為健康。同時由于其采用了高溫強(qiáng)制對流的原理大大縮短了烹飪時間，所以也逐漸取代了電烤箱在家庭廚房中的地位。目前市場上的空氣炸鍋產(chǎn)品可以說是琳瑯滿目，價格也高低不同。從控制方式上可以分為機(jī)械旋鈕式和電子控制式，從發(fā)熱元件上可以分為管狀外鞘發(fā)熱管和光波管。從價格到性能，這幾種分類各有優(yōu)缺點，而從安全角度也分別存在著各自的問題。下面將分別就這幾類空氣炸鍋在非正常工作的安全檢測過程中經(jīng)常出現(xiàn)的一些問題進(jìn)行逐一的介紹和分析。

1 空氣炸鍋的分類及適用安全標(biāo)準(zhǔn)條款差異

1.1 空氣炸鍋的分類

（1）機(jī)械旋鈕式

這類產(chǎn)品多數(shù)是帶有一個機(jī)械可調(diào)式的定時器和一個機(jī)械可調(diào)式溫控器的空氣炸鍋，也有少數(shù)是帶有一個機(jī)械可調(diào)式定時器和一個不可調(diào)式溫控器的，如圖1、圖2所示。

這種控制方式比較傳統(tǒng)，好處是制造成本低，學(xué)習(xí)成本低、容易上手，缺點是無法十分精確地設(shè)定溫度和時間，整個工作周期的溫度控制完全是依賴機(jī)械式溫控器的動作范圍，溫度波動區(qū)間較大，對烹飪效果有較大的影響。

（2）電子控制式

這類空氣炸鍋采用了內(nèi)置的微電腦控制系統(tǒng)，通過NTC熱敏電阻來實現(xiàn)精準(zhǔn)控制溫度。可以根據(jù)食材的不同設(shè)定不同的工作程序，在每個工作程序的周期內(nèi)還可以根據(jù)食材的特性而設(shè)定自動調(diào)節(jié)的溫度曲線讓烹飪效果更加完美。如圖3、圖4所示。

（3）帶有管狀外鞘的發(fā)熱管和帶有光波管的空氣炸鍋

這兩種發(fā)熱材料有著各自的優(yōu)缺點：管狀外鞘的發(fā)熱管成本低、耐久抗衰性好，但是加熱預(yù)熱時間長，加熱效率低，并且直線式加熱容易導(dǎo)致食物受熱不均。光波管在加熱食物時，能夠更快地達(dá)到預(yù)定溫度，從而提高加熱效率。能夠?qū)崿F(xiàn)全方位的均勻加熱，使食物口感更好，但是其長期使用后加熱衰減度高，會比較耗電。并且，不同的發(fā)熱元件也是空氣炸鍋產(chǎn)品在安全試驗時適用的標(biāo)準(zhǔn)條款不同的首要原因。如圖5、圖6所示。

1.2 不同空氣炸鍋適用的標(biāo)準(zhǔn)條款差異

空氣炸鍋產(chǎn)品在進(jìn)行安全認(rèn)證時，是依據(jù)GB4706.1—2005《家用和類似用途電器的安全第1部分：通用要求》[1]和GB 4706.14—2008《家用和類似用途電器的安全烤架、面包片烘烤器及類似用途便攜式烹飪器具的特殊要求》[2]這兩項國家標(biāo)準(zhǔn)（以下簡稱“該兩項標(biāo)準(zhǔn)”），該兩項標(biāo)準(zhǔn)的第19章非正常工作的這一章節(jié)各個條款的適用存在著以下的差異。

（1）第19.4條和19.5條的適用差異

首先在GB4706.14—2008中第19章非正常工作中增加了下述條款。

19.4和19.5的試驗僅適用于：

--如果其裝有定時器或說明書說明其烹任時間大于1 h的下述器具：

電烤箱；

電烤爐。

這里首先需要明確一下空氣炸鍋的歸類，因為現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)GB 4706.14—2008版本中對于電烤箱和電烤爐的定義相對模糊一些，所以目前安全認(rèn)證中大多數(shù)都是把空氣炸鍋歸類為電烤爐的，但是由IEC60335-2-9Household and similar electrical appliances–Safety–Part 2-9： Particular requirements for grills，toasters and similar portable cooking appliances [3]第7版的定義是可以清晰確定，空氣炸鍋產(chǎn)品應(yīng)歸類為電烤箱。當(dāng)然從這一條款上看，無論是電烤爐還是電烤箱其是否適用19.4和19.5條，都要看其是否符合“裝有定時器或說明書說明其烹任時間大于1 h”兩種情況之一。說明書上規(guī)定烹飪時間可以直接參考說明書，很容易判定。但是判定是否裝有定時器則會有些爭議，對于機(jī)械旋鈕式的空氣炸鍋，因為有機(jī)械的定時器存在，所以可以顯而易見地判定。那么對于電子控制式的程序選擇和時間設(shè)定算不算是定時器就可能會有疑問了，甚至還會有工程師會認(rèn)為如果說明書規(guī)定了烹飪時間小于1小時，那19.4和19.5條就不適用了，忽略了雖然其烹飪時間小于1小時，但是因為其帶有程序控制的定時器，所以依然適用19.4和19.5條。

這里可以參考GB/ T 14536.1—2022《電自動控制器 第1部分：通用要求》[4]中給出的定時器的定義：

定時器timer，在下一個循環(huán)發(fā)生前需要起動的時基控制器。

注：在一個循環(huán)期間，為了再繼續(xù)這個循環(huán)，在離開停止位置之前需要有一個外部電信號或機(jī)械信號。例如程序控制器。

從以上定義可以判定電子控制式空氣炸鍋只要有控制程序時間的功能也算是有定時器的，所以機(jī)械控制式和電子控制式空氣炸鍋都有可能適用19.4和19.5條。又因為GB 4706.1—2005標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定，只有帶管狀外鞘或埋入式電熱元件的0I類和I類器具適用第19.5條。所以可以得出結(jié)論的是：

目前市場上所有的空氣炸鍋都適用該兩項標(biāo)準(zhǔn)第19.4條，而只有帶管狀外鞘發(fā)熱元件的空氣炸鍋需要進(jìn)行19.5條的試驗，對于光波管發(fā)熱元件的空氣炸鍋19.5條不適用。

（2）19.11.2和19.11.3條的適用差異

依據(jù)GB 4706.1的要求，19.11條本身就是適用于帶有電子線路的產(chǎn)品，那么對于機(jī)械旋鈕式的空氣炸鍋一般是沒有電子線路的，所以19.11.2和19.11.3是不適用的，而對于電子控制式的空氣炸鍋這兩條是適用的。

2 空氣炸鍋在非正常工作安全檢測過程中經(jīng)常出現(xiàn)的問題

該兩項標(biāo)準(zhǔn)中非正常工作這一章總的判定條款是在19.13條里的，要求在試驗期間：

（1）器具不應(yīng)噴射出火焰、熔融金屬、達(dá)到危險量的有毒性或可點燃的氣體；

（2）其溫升不應(yīng)超過表9中的規(guī)定值，主要是規(guī)定了測試角和電源線的溫升限值150 K，以及做為附加絕緣和加強(qiáng)絕緣的非熱塑性材料的限值為表3的1.5倍；

（3）試驗后，當(dāng)器具冷卻到大約為室溫時，外殼變形應(yīng)符合第8章防觸電保護(hù)的要求；

（4）如果器具還能工作，它應(yīng)符合20.2機(jī)械危險的要求，試驗探棒應(yīng)不能觸及危險的運動部件；

（5）除I I I類器具外的絕緣冷卻到大約為室溫，應(yīng)能經(jīng)受住16.3的電氣強(qiáng)度試驗，其試驗電壓按表4的規(guī)定進(jìn)行設(shè)定。

為了便于講述，這里將不合格情況直接判定在該兩項標(biāo)準(zhǔn)19.1-19.11.3的具體條款里。

2.1 由于熱保護(hù)裝置動作溫度設(shè)定過高或安裝位置不合理導(dǎo)致標(biāo)準(zhǔn)第19.4條不合格

第19.4條試驗的要求是短路正常發(fā)熱試驗時動作的溫度控制器后，然后按照11章發(fā)熱試驗的正常工作條件進(jìn)行工作。當(dāng)溫控器被短路后，產(chǎn)品就需要有一個合適的熱保護(hù)裝置來斷開電路，那這個熱保護(hù)裝置的動作溫度以及安裝位置的設(shè)定會直接影響產(chǎn)品的安全性。如果設(shè)定的動作溫度過高或者安裝的位置無法快速感應(yīng)溫度，往往會導(dǎo)致器具內(nèi)部溫度過高，造成熱塑性絕緣材料軟化變形，進(jìn)而發(fā)生以下不合格的情況：

（1）測試角底板溫升超過150 K；

（2）外殼軟化變形造成試驗指可以觸及內(nèi)部帶電部件；

（3）噴出火焰。

具體如圖7和圖8所示。

2.2 由于溫控器和熱保護(hù)裝置安裝在發(fā)熱元件同一極而造成標(biāo)準(zhǔn)第19.5條不合格

該兩項標(biāo)準(zhǔn)中第19.5條的要求是：“裝有帶管狀外鞘或埋入式電熱元件的0類和I類器具，要重復(fù)19.4的試驗。但控制器不短路而電熱元件的一端要與其外鞘相連接。

改變器具電源極性，電熱元件另一端要與電熱元件的外相連，重復(fù)此試驗?！?/p>

將電熱元件的一端與接地外鞘相連的目的就是要連成一個由L到地的通路，從而失效N極這一端的溫度控制裝置，那么改變電源極性的目的其實就是要求電熱元件的另一端也要有相應(yīng)的溫度控制裝置，下面用圖9和圖10來進(jìn)行解釋說明一下：

可以看到圖9和圖10中的A、B兩個案例的區(qū)別就是：A案例是溫控器和熱熔斷體分別裝在發(fā)熱元件的兩極，而B案例則是把溫控器和熱熔斷體均設(shè)置在了發(fā)熱元件的同一極。在圖9中發(fā)熱元件的N極與地短接后，方案A和方案B試驗結(jié)果都是溫控器動作，電路斷開。但是在圖10中當(dāng)電源的的L和N換向后，再次將發(fā)熱元件的N極與地短接時，方案A依然有溫控器進(jìn)行保護(hù)，而方案B就出現(xiàn)了整個電路沒有任何溫度控制裝置存在，就會因為溫度過高而造成外殼軟化變形、溫升超過限值，甚至是噴出火焰的危險。

2.3 依靠單一的保護(hù)電子電路提供保護(hù)而造成該兩項標(biāo)準(zhǔn)第19.11.3條不合格

19.11.3是保護(hù)電子電路的非正常試驗，就是要將器具在進(jìn)行19.2-19.10、19.11.2條試驗時起保護(hù)作用的電子電路失效掉，重復(fù)進(jìn)行19.2-19.10、19.11.2的試驗，這是家電產(chǎn)品安全試驗中所特有的雙重故障試驗。這就要求器具本身除了這個保護(hù)電子電路之外還要有其他的硬件保護(hù)或保護(hù)電子電路（還需要進(jìn)行評估是否有B級軟件或C級軟件）。

圖11是一個典型的電子控制式光波管空氣炸鍋的電原理框圖，NTC、三端雙向可控硅和繼電器是保護(hù)電子線路對于溫度控制的接收、傳送和執(zhí)行的關(guān)鍵元器件，一般情況下可以通過使用等值電阻替代NTC熱敏電阻或者短路三端雙向可控硅等方式使繼電器始終保持接通狀態(tài)，使保護(hù)電子電路不起作用。此時器具就需要有其他的保護(hù)裝置來進(jìn)行溫度控制，以防溫度過高而造成的系列危險。圖11中可以看到在電源的L極有一個硬件的溫度保險元件，對于光波管產(chǎn)品來講，只要設(shè)置合理，這種結(jié)構(gòu)是完全沒有問題的。但是如果把發(fā)熱元件換成管狀外鞘發(fā)熱元件，在進(jìn)行該兩項標(biāo)準(zhǔn)19.5條試驗時，改變器具電源極性后，新的L極就只有這個保護(hù)電子線路來進(jìn)行保護(hù)。那么在進(jìn)行該兩項標(biāo)準(zhǔn)19.11.3條試驗時因為需要將保護(hù)電子電路失效，此時L極就缺少一個溫度保護(hù)裝置，而極易由于溫度過高而產(chǎn)生前面所述的各種不合格現(xiàn)象。

3 總 結(jié)

綜上所述，對于空氣炸鍋這類產(chǎn)品在進(jìn)行該兩項標(biāo)準(zhǔn)19章非正常工作的試驗過程中，關(guān)鍵條款的適用性和熱保護(hù)裝置的設(shè)置要求可以用如圖13所示。

本文總結(jié)了近年來空氣炸鍋產(chǎn)品在非正常工作的安全試驗中出現(xiàn)的不合格情況，并對原因進(jìn)行了分析，明確了標(biāo)準(zhǔn)對于不同類別產(chǎn)品的安全要求。希望可以幫助產(chǎn)品設(shè)計師更好地理解標(biāo)準(zhǔn)的要求，設(shè)計生產(chǎn)出符合國家安全標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品。同時希望能夠幫助檢測機(jī)構(gòu)的工程師理順?biāo)悸?，?zhǔn)確理解和執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)，避免留下安全隱患造成不必要的生命和財產(chǎn)的損失。

參考文獻(xiàn)

[1]家用和類似用途電器的安全第1部分：通用要求： G B4706.1—2005[S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2005.

[2]家用和類似用途電器的安全烤架、面包片烘烤器及類似用途便攜式烹飪器具的特殊要求：GB 4706.15—2008[S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2009.

[3]Household and similar electrical appliances–Safety–Part 2-9：Particular requirements for grills， toasters and similar portable cooking appliances： IEC 60335-2-9 Edition 7.0[S]. IEC， 2019： 5.

[4]電自動控制器 第1部分： 通用要求：GB/ T 14536 .1—2022[S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2022.

作者簡介

高嶺松，高級工程師，研究方向為消費電子設(shè)備及其零部件、電源以及家用電器的檢測和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。

姚青梅，正高級工程師，研究方向為消費電子設(shè)備及其零部件、電源、電池和充電樁等產(chǎn)品，以及家用電器的檢測和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。

楊帥，工程師，研究方向為消費電子及家用電器的檢測和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。

（責(zé)任編輯：張佩玉）