家电电机堵转智能化测试装置的设计开发

王 泉 刘 毅 赵慧云 岳洪霞 金 宁 咸美玲

（山东省计量科学研究院 济南 250014）

引言

家用空调器、电冰箱等家电产品现已成为了普通老百姓家中最常用的家庭必备品，其安全质量的好坏直接关系到家庭人员和财产的安全。

电机堵转试验是涉及家电产品安全性能的重要项目，是家电产品的安全标准GB 4706.1-2005《家用和类似用途电器的安全 第1部分:通用要求》、家用空调器产品的安全标准GB 4706.32-2012《家用和类似用途电器的安全 热泵、空调器和除湿机的特殊要求》、电冰箱产品的安全标准GB 4706.13-2014《家用和类似用途电器的安全制冷器具、冰淇淋机和制冰机的特殊要求》等家电产品国家强制性标准规定的安全性能检测项目，主要是通过对家电产品电机在额定电压状态下进行连续的、长时间的模拟堵转试验达到检验其安全性能的目的。然而，国内外目前均无此试验的智能测试系统，生产企业与检验机构在进行该项目试验时大多采用手动控制、人工计时计数、人工测量数据的方式，既费时费力、效率低，又可能由于误操作等人为因素影响了检测结果的准确性、正确性。

为此我们根据目前家电产品电机堵转试验安全性能测试现状，设计研制了一套智能化测试系统，该系统实现了对测试数据的实时采集处理，并实现了对整个试验过程的自动化控制。

1 家电相关标准对电机堵转试验的要求

家电产品中涉及电机堵转试验的主要条款为：GB 4706.13-2014《家用和类似用途电器的安全 制冷器具、冰淇淋机和制冰机的特殊要求》中的附录AA、GB 4706.32-2012《家用和类似用途电器的安全 热泵、空调器和除湿机的特殊要求》中的第19.2条款。

主要内容为：

家电中的风扇电机遇到堵转或启动失效时，电机的绕组不应达到过高的温度。对其进行下面的试验：将带有扇叶的风扇电机固定在木板上，并堵转风扇电机的转子，按照图1所示供电电路，以额定电压或额定电压范围的上限对其供电。

试验应持续运行15天（360 h）或直到保护装置永久断开电路，取时间较短者。试验期间环境的温度应保持在18～28 ℃之间。当试验达到稳定状态时，电机绕组的温度持续≤90 ℃，则可以中止试验。试验期间，电机的外壳温度不应超过150 ℃，绕组的温度不应超过图2中的值，供电电路中的漏电装置不应断开。

图2 最高绕组温度值

试验进行3天后（72 h），在电机的带电部件与外壳之间进行1 250 V，1 min的电气强度试验。试验结束后，在电机的绕组与外壳之间施加2倍额定电压，并测量泄漏电流，最大值不应超过2 mA。

2 主要研究内容

2.1 堵转试验及数据采集装置的关键技术研究

标准要求对家电产品电机进行最长15天（360 h）的堵转试验，试验期间，电机绕组温度不应超过相应的限值，电机外壳温度不应超过150 ℃。为此考虑设计测试装置在堵转过程中实时监测电机绕组温度、电机外壳温度、环境温度等数据，并记录测试时间，实现对测试装置的远程操作控制。

2.2 电气强度试验及数据采集装置的关键技术研究

标准要求在堵转试验开始3天（72 h）后，要对电机进行电气强度试验。为此考虑使用全自动耐电压测试仪在电机的带电部件与外壳之间进行电气强度试验，开发相关控制软件，在试验时间达到3天（72 h）后，自动进行电气强度试验，试验后自动采集记录，实现操作的智能化、自动化。

2.3 泄漏电流试验及数据采集装置的关键技术研究

标准要求在堵转试验结束时，在电机绕组与外壳之间施加2倍的额定电压，同时测量泄漏电流。为此考虑使用全自动泄漏电流测试仪进行泄漏电流试验，开发相关控制软件，在试验结束时，自动进行泄漏电流试验，试验后自动采集记录，实现操作的智能化、自动化。

2.4 数据整合及处理方法的关键技术研究

通过网络实现数据合成，实现对电机绕组温度、电机外壳温度的连续实时采集，电气强度试验和泄漏电流试验数据的记录，形成完整的数据采集、管理。

3 装置关键技术设计方案

3.1 堵转试验及数据采集装置关键技术方案

首先，对电机堵转的关键技术进行研究，以实现对电机转子的堵转。

标准要求将风扇及其电机固定在木材或类似材料上。将电机转子堵转，不拆除风扇叶及电机托架。电机按标准要求的供电电路，以额定电压或额定电压范围上限供电。

为此我们设计将电机安装扇叶及电机支架后，固定在木质材料上，并将电机风扇扇叶锁住，以实现电机转子的堵转。并按照标准要求设计电机的供电电路，在供电电源与电机之间安装30 mA的剩余电流动作断路器。

其次，研究电机堵转时各项数据的监控、采集等关键技术，满足对电机绕组温度、电机外壳温度、测试环境温度等的测试要求。

标准要求对家电产品电机进行最长15天（360 h）的堵转试验，试验期间，电机绕组温度不应超过相应的限值，电机外壳温度不应超过150 ℃。

为此我们设计采用在线绕组温度测试仪实时监测电机绕组的温度，采用温度记录仪实时监测测试环境温度及电机外壳温度，采用数字功率表实时监测电压、电流、功率等数据，实现各种数据的动态监控。

根据自动化测试的需求，配置了相关软件和计算机接口，利用网络技术实现电机绕组温度、测试环境温度、电机外壳温度、试验时间等数据采集、记录。

3.2 电气强度试验及数据采集装置关键技术方案

标准要求在堵转试验开始3天（72 h）后，要对电机进行电气强度试验。

因此我们设计在试验时间达到3天（72 h）后，自动切断电机的供电电路，并启动全自动耐电压测试仪，在电机的带电部件与外壳之间进行1 250 V，1 min的电气强度试验，试验结束后自动记录试验结果，实现操作的智能化、自动化。

3.3 泄漏电流试验及数据采集装置关键技术方案

标准要求在堵转试验结束后，立即在电机的绕组与外壳之间施加2倍额定电压，并测量泄漏电流，最大值不应超过2 mA。

因此我们设计使用全自动泄漏电流测试仪进行泄漏电流试验，开发相关控制软件，在试验结束后，自动进行泄漏电流试验，试验后自动采集记录，实现操作的智能化、自动化。

3.4 数据整合及处理方法的关键技术研究

根据自动化测试的需求，我们为设备配置了相关软件和计算机接口，通过网络实现测试数据合成，实现对堵转试验时间、电机绕组温度、电气强度、泄漏电流等数据的连续实时采集、记录，实现自动与标准规定条件比较，满足结束条件时自动停止试验，实现对测试装置的远程操作控制。并且在计算机上显示测试数据、曲线，对测试数据进行分析、处理，形成完整的数据采集、管理，生成电子记录。测试装置结构示意图见图3。

图3 家电电机堵转智能化测试装置结构示意图

4 装置关键技术的实施

4.1 堵转试验及数据采集装置关键技术的实施

1）电机堵转部分

依据标准要求，将电机安装扇叶及电机支架后，固定在80 cm×80 cm的木质材料上，并将电机风扇扇叶锁住，以实现电机转子的堵转。

2）供电线路部分

首先，装置采用变频测试电源9805A作为供电电源供电，可提供（0～300）V的输入电压，可满足标准“电机以额定电压或额定电压范围上限供电”的要求。

其次，在供电电源与电机之间安装隔离变压器及额定漏电电流30 mA的剩余电流动作断路器，用以检测试验期间电机的漏电流，可满足标准“在试验期间，额定漏电电流为30 mA的漏电装置不应断开”的要求。

3）电机绕组温度测量部分

装置采用在线绕组温升测试仪Dac-hre-1实时监测电机绕组的温度。

采用四端子测量法，可根据不同的电机绕组材质，设置不同的温度系数，测量数据准确。

在电机堵转状态下，可连续自动测量电机绕组的阻值变化，并根据设定的温度系数，自动实时显示电机绕组的温度。测试精度可达到±1 Ω，满足测量精度要求。

根据自动化测试的需求，配置了相关软件和计算机接口，利用网络技术实现电机绕组阻值及温度等数据采集、记录。

4）测试环境温度及电机外壳温度测量部分

装置采用温度记录仪MW100实时监测测试环境温度及电机外壳温度。

采用0.3 mm的细丝热电偶，将其胶粘于电机外壳温度最高处，用以监测电机外壳温度是否超过150 ℃。在测试台周围布置热电偶，用以监测试验期间的环境温度，保证环境温度保持在（18～28）℃。

根据自动化测试的需求，配置了相关软件和计算机接口，利用网络技术实现环境温度、电机外壳温度等数据采集、记录。

5）试验电压、电流、功率等数据测量部分

装置采用数字功率表WT310实时监测试验期间的电压、电流、功率等数据。

通过监测试验期间的电压、电流、功率等数据，可以准确的判断电机进行堵转试验时的运行状态。

根据自动化测试的需求，配置了相关软件和计算机接口，利用网络技术实现电压、电流、功率等数据采集、记录。

4.2 电气强度试验及数据采集装置关键技术的实施

装置采用耐压测试仪TOS9201在电机的带电部件与外壳之间进行1 250 V，1 min的电气强度试验。

将耐压测试仪的测试线分别接于电机引线、电机外壳，设置耐压测试仪测试电压1.25 kV，测试时间60 s，报警电流100 mA。

在试验时间达到3天（72 h）后，系统切断电机的供电电路，并启动耐电压测试仪，进行电气强度试验，测试精度可达到±1 V，满足测量精度要求。

根据自动化测试的需求，配置了相关软件和计算机接口，试验结束后系统自动记录试验结果，实现操作的智能化、自动化。

4.3 泄漏电流试验及数据采集装置关键技术的实施

装置采用泄漏电流测试仪TOS3200测试电机绕组和壳体之间泄漏电流，其值不应超过2 mA。

将泄漏电流测试仪的测试线分别接于电机引线、电机外壳，设置泄漏电流测试仪为仪表模式，测试网络为网络A，报警电流2 mA。

在试验结束时，系统将电机的供电电路切换至两倍升压电路供电，并启动泄漏电流测试仪，进行泄漏电流试验，测试精度可达到±0.01 mA，满足测量精度要求。

根据自动化测试的需求，配置了相关软件和计算机接口，试验结束后系统自动记录试验结果，实现操作的智能化、自动化。

5 结语

综上所述，本文依据家用空调器产品的安全标准GB 4706.32-2012 《家用和类似用途电器的安全 热泵、空调器和除湿机的特殊要求》、电冰箱产品的安全标准GB 4706.13-2014 《家用和类似用途电器的安全 制冷器具、冰淇淋机和制冰机的特殊要求》中对风扇电机堵转试验的要求，研制开发了一套家电电机堵转智能化测试装置。该测试设备具有以下优点：

1）实现了堵转过程中的对电机绕组温度等数据的动态监控和采集记录，可满足电机绕组阻值最大允许误差±1 Ω的要求。

2）实现了堵转过程中的对电机外壳温度、测试环境温度等数据的动态监控和采集记录，可满足温度最大允许误差±1 ℃的要求。

3）实现了电气强度试验的自动化测试及试验数据的自动采集记录，可满足电气强度最大允许误差±1 V的要求。

4）实现了泄漏电流试验的自动化测试及试验数据的自动采集记录，可满足泄漏电流最大允许误差±0.01 mA的要求。

5）实现了所有测试项目数据通过网络进行数据集中管理。

该测试设备的研制开发，实现了家电电机堵转试验过程的智能化、自动化。通过实际测试表明，使用该试验设备，可满足标准的试验要求，实现试验过程的智能化、自动化，提高检测的工作效率。