家電電機堵轉智能化測試裝置的設計開發

王 泉 劉 毅 趙慧云 岳洪霞 金 寧 咸美玲

（山東省計量科學研究院 濟南 250014）

引言

家用空調器、電冰箱等家電產品現已成為了普通老百姓家中最常用的家庭必備品，其安全質量的好壞直接關系到家庭人員和財產的安全。

電機堵轉試驗是涉及家電產品安全性能的重要項目，是家電產品的安全標準GB 4706.1-2005《家用和類似用途電器的安全 第1部分:通用要求》、家用空調器產品的安全標準GB 4706.32-2012《家用和類似用途電器的安全 熱泵、空調器和除濕機的特殊要求》、電冰箱產品的安全標準GB 4706.13-2014《家用和類似用途電器的安全制冷器具、冰淇淋機和制冰機的特殊要求》等家電產品國家強制性標準規定的安全性能檢測項目，主要是通過對家電產品電機在額定電壓狀態下進行連續的、長時間的模擬堵轉試驗達到檢驗其安全性能的目的。然而，國內外目前均無此試驗的智能測試系統，生產企業與檢驗機構在進行該項目試驗時大多采用手動控制、人工計時計數、人工測量數據的方式，既費時費力、效率低，又可能由于誤操作等人為因素影響了檢測結果的準確性、正確性。

為此我們根據目前家電產品電機堵轉試驗安全性能測試現狀，設計研制了一套智能化測試系統，該系統實現了對測試數據的實時采集處理，并實現了對整個試驗過程的自動化控制。

1 家電相關標準對電機堵轉試驗的要求

家電產品中涉及電機堵轉試驗的主要條款為：GB 4706.13-2014《家用和類似用途電器的安全 制冷器具、冰淇淋機和制冰機的特殊要求》中的附錄AA、GB 4706.32-2012《家用和類似用途電器的安全 熱泵、空調器和除濕機的特殊要求》中的第19.2條款。

主要內容為：

家電中的風扇電機遇到堵轉或啟動失效時，電機的繞組不應達到過高的溫度。對其進行下面的試驗：將帶有扇葉的風扇電機固定在木板上，并堵轉風扇電機的轉子，按照圖1所示供電電路，以額定電壓或額定電壓范圍的上限對其供電。

試驗應持續運行15天（360 h）或直到保護裝置永久斷開電路，取時間較短者。試驗期間環境的溫度應保持在18～28 ℃之間。當試驗達到穩定狀態時，電機繞組的溫度持續≤90 ℃，則可以中止試驗。試驗期間，電機的外殼溫度不應超過150 ℃，繞組的溫度不應超過圖2中的值，供電電路中的漏電裝置不應斷開。

圖2 最高繞組溫度值

試驗進行3天后（72 h），在電機的帶電部件與外殼之間進行1 250 V，1 min的電氣強度試驗。試驗結束后，在電機的繞組與外殼之間施加2倍額定電壓，并測量泄漏電流，最大值不應超過2 mA。

2 主要研究內容

2.1 堵轉試驗及數據采集裝置的關鍵技術研究

標準要求對家電產品電機進行最長15天（360 h）的堵轉試驗，試驗期間，電機繞組溫度不應超過相應的限值，電機外殼溫度不應超過150 ℃。為此考慮設計測試裝置在堵轉過程中實時監測電機繞組溫度、電機外殼溫度、環境溫度等數據，并記錄測試時間，實現對測試裝置的遠程操作控制。

2.2 電氣強度試驗及數據采集裝置的關鍵技術研究

標準要求在堵轉試驗開始3天（72 h）后，要對電機進行電氣強度試驗。為此考慮使用全自動耐電壓測試儀在電機的帶電部件與外殼之間進行電氣強度試驗，開發相關控制軟件，在試驗時間達到3天（72 h）后，自動進行電氣強度試驗，試驗后自動采集記錄，實現操作的智能化、自動化。

2.3 泄漏電流試驗及數據采集裝置的關鍵技術研究

標準要求在堵轉試驗結束時，在電機繞組與外殼之間施加2倍的額定電壓，同時測量泄漏電流。為此考慮使用全自動泄漏電流測試儀進行泄漏電流試驗，開發相關控制軟件，在試驗結束時，自動進行泄漏電流試驗，試驗后自動采集記錄，實現操作的智能化、自動化。

2.4 數據整合及處理方法的關鍵技術研究

通過網絡實現數據合成，實現對電機繞組溫度、電機外殼溫度的連續實時采集，電氣強度試驗和泄漏電流試驗數據的記錄，形成完整的數據采集、管理。

3 裝置關鍵技術設計方案

3.1 堵轉試驗及數據采集裝置關鍵技術方案

首先，對電機堵轉的關鍵技術進行研究，以實現對電機轉子的堵轉。

標準要求將風扇及其電機固定在木材或類似材料上。將電機轉子堵轉，不拆除風扇葉及電機托架。電機按標準要求的供電電路，以額定電壓或額定電壓范圍上限供電。

為此我們設計將電機安裝扇葉及電機支架后，固定在木質材料上，并將電機風扇扇葉鎖住，以實現電機轉子的堵轉。并按照標準要求設計電機的供電電路，在供電電源與電機之間安裝30 mA的剩余電流動作斷路器。

其次，研究電機堵轉時各項數據的監控、采集等關鍵技術，滿足對電機繞組溫度、電機外殼溫度、測試環境溫度等的測試要求。

標準要求對家電產品電機進行最長15天（360 h）的堵轉試驗，試驗期間，電機繞組溫度不應超過相應的限值，電機外殼溫度不應超過150 ℃。

為此我們設計采用在線繞組溫度測試儀實時監測電機繞組的溫度，采用溫度記錄儀實時監測測試環境溫度及電機外殼溫度，采用數字功率表實時監測電壓、電流、功率等數據，實現各種數據的動態監控。

根據自動化測試的需求，配置了相關軟件和計算機接口，利用網絡技術實現電機繞組溫度、測試環境溫度、電機外殼溫度、試驗時間等數據采集、記錄。

3.2 電氣強度試驗及數據采集裝置關鍵技術方案

標準要求在堵轉試驗開始3天（72 h）后，要對電機進行電氣強度試驗。

因此我們設計在試驗時間達到3天（72 h）后，自動切斷電機的供電電路，并啟動全自動耐電壓測試儀，在電機的帶電部件與外殼之間進行1 250 V，1 min的電氣強度試驗，試驗結束后自動記錄試驗結果，實現操作的智能化、自動化。

3.3 泄漏電流試驗及數據采集裝置關鍵技術方案

標準要求在堵轉試驗結束后，立即在電機的繞組與外殼之間施加2倍額定電壓，并測量泄漏電流，最大值不應超過2 mA。

因此我們設計使用全自動泄漏電流測試儀進行泄漏電流試驗，開發相關控制軟件，在試驗結束后，自動進行泄漏電流試驗，試驗后自動采集記錄，實現操作的智能化、自動化。

3.4 數據整合及處理方法的關鍵技術研究

根據自動化測試的需求，我們為設備配置了相關軟件和計算機接口，通過網絡實現測試數據合成，實現對堵轉試驗時間、電機繞組溫度、電氣強度、泄漏電流等數據的連續實時采集、記錄，實現自動與標準規定條件比較，滿足結束條件時自動停止試驗，實現對測試裝置的遠程操作控制。并且在計算機上顯示測試數據、曲線，對測試數據進行分析、處理，形成完整的數據采集、管理，生成電子記錄。測試裝置結構示意圖見圖3。

圖3 家電電機堵轉智能化測試裝置結構示意圖

4 裝置關鍵技術的實施

4.1 堵轉試驗及數據采集裝置關鍵技術的實施

1）電機堵轉部分

依據標準要求，將電機安裝扇葉及電機支架后，固定在80 cm×80 cm的木質材料上，并將電機風扇扇葉鎖住，以實現電機轉子的堵轉。

2）供電線路部分

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

其次，在供電電源與電機之間安裝隔離變壓器及額定漏電電流30 mA的剩余電流動作斷路器，用以檢測試驗期間電機的漏電流，可滿足標準“在試驗期間，額定漏電電流為30 mA的漏電裝置不應斷開”的要求。

3）電機繞組溫度測量部分

裝置采用在線繞組溫升測試儀Dac-hre-1實時監測電機繞組的溫度。

采用四端子測量法，可根據不同的電機繞組材質，設置不同的溫度系數，測量數據準確。

在電機堵轉狀態下，可連續自動測量電機繞組的阻值變化，并根據設定的溫度系數，自動實時顯示電機繞組的溫度。測試精度可達到±1 Ω，滿足測量精度要求。

根據自動化測試的需求，配置了相關軟件和計算機接口，利用網絡技術實現電機繞組阻值及溫度等數據采集、記錄。

4）測試環境溫度及電機外殼溫度測量部分

裝置采用溫度記錄儀MW100實時監測測試環境溫度及電機外殼溫度。

采用0.3 mm的細絲熱電偶，將其膠粘于電機外殼溫度最高處，用以監測電機外殼溫度是否超過150 ℃。在測試臺周圍布置熱電偶，用以監測試驗期間的環境溫度，保證環境溫度保持在（18～28）℃。

根據自動化測試的需求，配置了相關軟件和計算機接口，利用網絡技術實現環境溫度、電機外殼溫度等數據采集、記錄。

5）試驗電壓、電流、功率等數據測量部分

裝置采用數字功率表WT310實時監測試驗期間的電壓、電流、功率等數據。

通過監測試驗期間的電壓、電流、功率等數據，可以準確的判斷電機進行堵轉試驗時的運行狀態。

根據自動化測試的需求，配置了相關軟件和計算機接口，利用網絡技術實現電壓、電流、功率等數據采集、記錄。

4.2 電氣強度試驗及數據采集裝置關鍵技術的實施

裝置采用耐壓測試儀TOS9201在電機的帶電部件與外殼之間進行1 250 V，1 min的電氣強度試驗。

將耐壓測試儀的測試線分別接于電機引線、電機外殼，設置耐壓測試儀測試電壓1.25 kV，測試時間60 s，報警電流100 mA。

在試驗時間達到3天（72 h）后，系統切斷電機的供電電路，并啟動耐電壓測試儀，進行電氣強度試驗，測試精度可達到±1 V，滿足測量精度要求。

根據自動化測試的需求，配置了相關軟件和計算機接口，試驗結束后系統自動記錄試驗結果，實現操作的智能化、自動化。

4.3 泄漏電流試驗及數據采集裝置關鍵技術的實施

裝置采用泄漏電流測試儀TOS3200測試電機繞組和殼體之間泄漏電流，其值不應超過2 mA。

將泄漏電流測試儀的測試線分別接于電機引線、電機外殼，設置泄漏電流測試儀為儀表模式，測試網絡為網絡A，報警電流2 mA。

在試驗結束時，系統將電機的供電電路切換至兩倍升壓電路供電，并啟動泄漏電流測試儀，進行泄漏電流試驗，測試精度可達到±0.01 mA，滿足測量精度要求。

根據自動化測試的需求，配置了相關軟件和計算機接口，試驗結束后系統自動記錄試驗結果，實現操作的智能化、自動化。

5 結語

綜上所述，本文依據家用空調器產品的安全標準GB 4706.32-2012 《家用和類似用途電器的安全 熱泵、空調器和除濕機的特殊要求》、電冰箱產品的安全標準GB 4706.13-2014 《家用和類似用途電器的安全 制冷器具、冰淇淋機和制冰機的特殊要求》中對風扇電機堵轉試驗的要求，研制開發了一套家電電機堵轉智能化測試裝置。該測試設備具有以下優點：

1）實現了堵轉過程中的對電機繞組溫度等數據的動態監控和采集記錄，可滿足電機繞組阻值最大允許誤差±1 Ω的要求。

2）實現了堵轉過程中的對電機外殼溫度、測試環境溫度等數據的動態監控和采集記錄，可滿足溫度最大允許誤差±1 ℃的要求。

3）實現了電氣強度試驗的自動化測試及試驗數據的自動采集記錄，可滿足電氣強度最大允許誤差±1 V的要求。

4）實現了泄漏電流試驗的自動化測試及試驗數據的自動采集記錄，可滿足泄漏電流最大允許誤差±0.01 mA的要求。

5）實現了所有測試項目數據通過網絡進行數據集中管理。

該測試設備的研制開發，實現了家電電機堵轉試驗過程的智能化、自動化。通過實際測試表明，使用該試驗設備，可滿足標準的試驗要求，實現試驗過程的智能化、自動化，提高檢測的工作效率。