關(guān)于《小功率電動(dòng)機(jī)的安全要求》的修訂探討

柳也東

（威凱檢測技術(shù)有限公司 廣州 510663）

引言

GB/T 12350是目前電動(dòng)機(jī)產(chǎn)品強(qiáng)制性認(rèn)證依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，主要面向家用及類似用途電器中應(yīng)用的電動(dòng)機(jī)如單相串勵(lì)電動(dòng)機(jī)、永磁同步電動(dòng)機(jī)、風(fēng)扇用電容運(yùn)轉(zhuǎn)異步電動(dòng)機(jī)，以及部分工業(yè)電動(dòng)機(jī)產(chǎn)品。隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展和人民生活水平的不斷進(jìn)步，各類電動(dòng)機(jī)在產(chǎn)業(yè)自動(dòng)化和人們的生活中正起著越來越大的作用。作為一個(gè)動(dòng)力驅(qū)動(dòng)源，小功率電動(dòng)機(jī)的應(yīng)用面十分廣泛，它在世界各國的經(jīng)濟(jì)發(fā)展中所占據(jù)的地位也越來越重要。小功率電動(dòng)機(jī)的定義為折算至1 500 r/min時(shí)最大連續(xù)額定功率不超過1.1 kW的電動(dòng)機(jī)，根據(jù)強(qiáng)制性實(shí)施規(guī)則，本標(biāo)準(zhǔn)的適用范圍包括額定電壓36 V以上（不含36 V），直流1 500 V、交流1 000 V以下的驅(qū)動(dòng)用小功率電動(dòng)機(jī)，除上述功率范圍內(nèi)的各類交流異步、交流同步電動(dòng)機(jī)外還包括最大連續(xù)定額不超過1.1 kW的交流換向器電動(dòng)機(jī)、直流電動(dòng)機(jī)[1]。目前執(zhí)行的GB/T 12350版本于2009年發(fā)布，距今已有十年之久，期間科學(xué)技術(shù)和工業(yè)生產(chǎn)迅猛發(fā)展，帶來的電動(dòng)機(jī)技術(shù)發(fā)展也是突飛猛進(jìn)，原標(biāo)準(zhǔn)的部分技術(shù)內(nèi)容已跟不上產(chǎn)品的發(fā)展，因此需要對該標(biāo)準(zhǔn)中的部分條款進(jìn)行修訂。

1 標(biāo)準(zhǔn)修訂探討

十年間，隨著電動(dòng)機(jī)相關(guān)技術(shù)的迅猛發(fā)展和測試經(jīng)驗(yàn)的不斷積累，我們發(fā)現(xiàn)在現(xiàn)行版本標(biāo)準(zhǔn)中的某些條款對于今天的電動(dòng)機(jī)技術(shù)而言存在著不合理之處，從保障安全、降低成本、提升合理性的思路出發(fā)，具體可以對內(nèi)部布線、電氣強(qiáng)度試驗(yàn)、泄漏電流試驗(yàn)和運(yùn)行電容器的試驗(yàn)等條款進(jìn)行修訂探討。

1.1 內(nèi)部布線

由于銅和鋁兩種金屬的電化學(xué)性質(zhì)不同，當(dāng)它們直接接觸時(shí)一旦遇到水、二氧化碳和其他雜質(zhì)形成的電解液時(shí)，就會(huì)形成化學(xué)電池。形成化學(xué)電池則會(huì)在接頭處產(chǎn)生電流，使該部位的溫度升高，加速接頭的腐蝕，增加了接觸電阻，若接頭處在電流經(jīng)過時(shí)發(fā)熱會(huì)更加嚴(yán)重甚至形成惡性循環(huán)，情況嚴(yán)重時(shí)可能會(huì)導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)燒毀。由于電動(dòng)機(jī)的引出線材料一般是銅，所以對于鋁線繞組的電動(dòng)機(jī)在接頭處需進(jìn)行密封以防進(jìn)水形成化學(xué)電池，造成嚴(yán)重后果。

考慮到銅和鋁兩種金屬的電化學(xué)性質(zhì)，第10章內(nèi)部接線建議新增：“對于鋁線繞組電動(dòng)機(jī)，應(yīng)在接頭處進(jìn)行密封。”

1.2 電氣強(qiáng)度試驗(yàn)電壓

第20章電氣強(qiáng)度試驗(yàn)，現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)的試驗(yàn)電壓如表1所示。

在實(shí)際測試中發(fā)現(xiàn)，額定電壓在48～100 V范圍內(nèi)的電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)用途和0～48 V的電動(dòng)機(jī)更相似（如48 V和60 V的電動(dòng)車用無刷直流電動(dòng)機(jī)），額定工作電壓并沒有太大差距，而在耐壓測試項(xiàng)目上的電壓差距過大，這種不合理導(dǎo)致了幾乎所有的額定電壓在0～48 V的電動(dòng)機(jī)都能通過500 V耐壓測試，而部分電動(dòng)機(jī)無法通過1 500 V的測試。而額定電壓在100～250 V的電動(dòng)機(jī)中，額定電壓范圍在100～220 V之間的電動(dòng)機(jī)種類很少，主要集中在220～240 V的范圍內(nèi)，以1 500 V的電壓進(jìn)行測試，所以不用對此范圍內(nèi)的電動(dòng)機(jī)的測試電壓進(jìn)行修改。

建議修改的試驗(yàn)電壓如表2所示。

修改前后的電壓對比如圖1所示。由圖1可以明顯看出，在額定電壓為100 V以下的電動(dòng)機(jī)中，修改前的試驗(yàn)電壓在額定電壓48 V以上時(shí)，耐壓試驗(yàn)電壓從500 V陡增至1 500 V，而修改后這一段的試驗(yàn)電壓的增加更平緩。

1.3 泄漏電流的限值

第21章工作溫度下的泄漏電流和第22章濕熱試驗(yàn)中規(guī)定“電動(dòng)機(jī)的泄漏電流不得超過0.25 mA[2]”。測試數(shù)據(jù)表明，對于單相電動(dòng)機(jī)，無論是工業(yè)用電動(dòng)機(jī)還是家用和類似用途電動(dòng)機(jī)，其泄漏電流通常都不會(huì)超過0.25 mA的限值。對于工業(yè)用的三相異步電動(dòng)機(jī)，在正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)泄漏電流通常在0.03～0.15 mA的范圍內(nèi)。而在斷開一相運(yùn)行時(shí)，在輸出功率不變的情況下，斷相電流為：

式中：

ID— 斷相運(yùn)行時(shí)電動(dòng)機(jī)的線電流；

表1 電氣強(qiáng)度試驗(yàn)電壓

表2 建議修改的試驗(yàn)電壓

圖1 試驗(yàn)電壓對比

Id—斷相運(yùn)行時(shí)電動(dòng)機(jī)的相電流；

IN—電動(dòng)機(jī)的線電流；

cosφN—電動(dòng)機(jī)的功率因數(shù)；

cosφd——斷相運(yùn)行時(shí)電動(dòng)機(jī)的功率因數(shù)；

ηN—電動(dòng)機(jī)的效率；

ηd—斷相運(yùn)行時(shí)電動(dòng)機(jī)的效率。

根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，若取：

代入計(jì)算可得：

即在斷相運(yùn)行時(shí)三相異步電動(dòng)機(jī)的電流為正常運(yùn)行時(shí)的2.2倍，故三相異步電動(dòng)機(jī)在斷相運(yùn)行時(shí)的泄漏電流同樣遠(yuǎn)大于正常運(yùn)行時(shí)的泄漏電流。根據(jù)測試經(jīng)驗(yàn)，三相異步電動(dòng)機(jī)在斷相運(yùn)行時(shí)的泄漏電流通常會(huì)增大2～3倍，導(dǎo)致部分電動(dòng)機(jī)在斷相運(yùn)行時(shí)的泄漏電流達(dá)到了0.3 mA～0.4 mA，超過了現(xiàn)行版本標(biāo)準(zhǔn)的限值。

對于工業(yè)用的電動(dòng)機(jī)而言，其使用場合不同于家用電動(dòng)機(jī)，很少會(huì)和人體直接接觸，且工業(yè)電動(dòng)機(jī)在使用中往往有嚴(yán)格的操作規(guī)范，針對工業(yè)電動(dòng)機(jī)采用0.25 mA的泄漏電流限制對于保障人體安全的意義并不大，反而增加了企業(yè)的制作成本。通過對國內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)中關(guān)于泄漏電流限值要求的對比，我們發(fā)現(xiàn)0.25 mA是各標(biāo)準(zhǔn)限值中最小的值，并且0.25 mA限值只是針對Ⅱ類器具，其次是0.5 mA的限值。

考慮到工業(yè)電壓和家用電壓的不同，工業(yè)用電的電壓為380 V而家用電壓為220 V；兩種電動(dòng)機(jī)的應(yīng)用場景也不同，家用和類似用途的電動(dòng)機(jī)更容易與人體表面接觸，所以將工業(yè)用電動(dòng)機(jī)的泄漏電流標(biāo)準(zhǔn)設(shè)置高于家用和類似用途電動(dòng)機(jī)是更為合理的。而最大允許的泄漏電流的制定則是考慮到人體的感知電流閾值。人體能感知到的電流與個(gè)體的生理特征、人體與電極的接觸面積等多種因素有關(guān)。若對應(yīng)于50 %的感知電流，成年男性約為1.1 mA，而成年女性約為0.7 mA，故感知電流閾值通常定為0.5 mA。對于建議修訂的泄漏電流限值，工業(yè)用途的電動(dòng)機(jī)的泄漏電流依然在人體的感知閾值以下，屬于可接受的安全范圍。而由于家用和類似用途的電動(dòng)機(jī)會(huì)更頻繁的觸及人體表面，所以對其泄漏電流的標(biāo)準(zhǔn)要求也更嚴(yán)格。

因此，建議將該條款修改為“對于家用和類似用途電動(dòng)機(jī)不應(yīng)大于0.25 mA，對于工業(yè)用途電動(dòng)機(jī)不應(yīng)大于0.5 mA。”

1.4 運(yùn)行電容器端電壓的測量

在測試中通過試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，電容運(yùn)轉(zhuǎn)的電動(dòng)機(jī)在空載運(yùn)行、50 %額定負(fù)載運(yùn)行和額定負(fù)載運(yùn)行時(shí)，電容器兩端的電壓是逐漸下降的。測試數(shù)據(jù)如表3所示。

試驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，在負(fù)載率從0上升至100 %的過程中，電動(dòng)機(jī)的輸出功率增大，主繞組的電流增大，而電容器（副繞組）上的電流減小，所以電容器兩端的電壓減小。試驗(yàn)表明，電容器兩端的電壓在此過程中通常會(huì)下降10～20 %。由于電容運(yùn)行器兩端電壓與負(fù)載率的這種特性，在測試中需選取最不利的情況進(jìn)行試驗(yàn)，故在空載條件下試驗(yàn)更為合理。

對于第24章元件，測量與電動(dòng)機(jī)繞組串聯(lián)的運(yùn)行電容器的兩端電壓時(shí)，建議將試驗(yàn)條件由額定負(fù)載改為空載。

表3 運(yùn)行電容器兩端電壓

2 結(jié)論

本文結(jié)合理論與實(shí)際的檢測經(jīng)驗(yàn)，詳細(xì)論述了原標(biāo)準(zhǔn)中有關(guān)內(nèi)部布線、電氣強(qiáng)度、泄漏電流和電容器端電壓等方面內(nèi)容修改的必要性并且提出了相應(yīng)的修改建議，目的是使本標(biāo)準(zhǔn)更加完善，適應(yīng)現(xiàn)在的實(shí)際使用需求，希望引起討論并在適當(dāng)?shù)臅r(shí)候加以正式修訂。