交流接触器能效等级的试验方法及不确定案例分析

摘 要：GB 21518—2022《交流接触器能效限定值及能效等级》已于2022年12月29日经国家市场监督管理总局批准发布，于2024年1月1日正式实施。新标准正式实施后，满足新标准适用条件的，所有大陆境内生产、进口、销售的交流接触器产品必须满足新标准中能效规定值。在满足一定的条件下，生产企业可以自行根据标准测量吸持功率，评定能效等级。本文针对新标准中交流接触器线圈吸持功率的试验方法进行了详细整理分析，并根据标准要求进行了不确定评定，为广大交流接触器生产企业自行测量吸持功率提供了参考，引导交流接触器生产企业正确理解新标准中关于吸持功率的测量和如何分析吸持功率的不确定度。

关键词：交流接触器，吸持功率，测量结果，能效等级，不确定度评定

DOI编码：10.3969/j.issn.1002-5944.2024.08.032

0 引 言

世界很多国家自20世纪70年代末以来相继启动实施能效标准制度，现在已覆盖近100个经济体。我国于2005年3月1日正式建立能效标识制度，2016年6月1日重新修订了《能源效率标识管理办法》。

交流接触器是我国首批3C认证产品之一，是一种广泛用于电力行业的工业产品。作为广泛使用的低压电器产品，低压电器行业一直关注接触器的功耗问题。交流接触器是实行能源效率标识管理的用能产品[1]。国家将交流接触器产品列入第五批能效标识产品目录，于2010年开始实施对该产品的能效标识管理。交流接触器2010—2023年备案型号2.4万个，其中1级能效75个，2级能效15，195个，节能产品占比62.9%。本文介绍了交流接触器的吸持功率试验方法和不确定度评定。

1 交流接触器线圈的功率分析

交流接触器是利用弹簧力与电磁力相互配合的原理工作的，从而实现触头接通、承载和分断正常电路条件（包括过载运行条件）下的电流。交流接触器线圈的功率主要包括吸合功率和吸持功率两部分，从GB/T 14048.4—2020中可以得知两者的定义：使交流接触器从断电状态动作至通电状态所需的功率即为交流接触器的吸合功率，维持电磁铁操作所需的功率即为交流接触器的吸持功率[2]。

结合定义分析一下交流接触器的工作过程，当交流接触器线圈通电后，静铁芯产生了电磁吸力以吸合衔铁，使与衔铁相连的触头动作，使接触器处于闭合工作状态，反之，交流接触器线圈断电后，静铁芯的电磁力消失，作用在衔铁上的弹簧推动衔铁，带动触头分开，使交流接触器处于断开停止工作状态。通过以上分析，可以得出吸合功率就是线圈在吸合瞬间的功率，虽然线圈在吸合起动瞬间功耗较大，但时间很短（几十毫秒），相比于交流接触器产品总的能耗，毫秒级的起动过程的功率占比较小，通常为5%，可以忽略不计[3]。而交流接触器维持电磁铁保持电磁力，使交流接触器主触头一直保持闭合工作状态，此时，功率损耗主要集中在吸持衔铁和克服弹簧反力上，即吸持功率，占交流接触器产品总能耗的绝大部分。因此，通过测量交流接触器吸持功率，可以确定其能效值及能效等级。交流接触器根据其额定工作电流和吸持功率，能效等级分为1级、2级、3级，逐次降低，3级能效最低。1级能效限定值均是4.5V·A，2级能效最高值为18.0V·A，3级能效最高值为240.0V·A，具体能效等级分级可参考GB 21518—2022《交流接触器能效限定值及能效等级》中表1。

2 交流接触器吸持功率的试验方法

通过上面的分析，交流接触器的能效值是通过测量吸持功率来确定的。

交流接触器吸持功率的试验方法为：在（23±3）℃环境温度下，主电路或控制电源电路中不应有任何负载，对交流接触器线圈施加额定控制电源电压，测量交流接触器闭合状态下的吸持功率，控制电路输入端电流达到稳定时进行控制电路电流（单位：A）和电压（单位：V）的测量，二者相乘得出吸持功率（单位：V·A）。以上试验方法来自于GB 21518—2022《交流接触器能效限定值及能效等级》。交流接触器试验接线图见图1。

3 吸持功率不确定评定

不确定度是测量结果质量的指标。不确定度越小，测量结果与被测量的真值愈接近，质量越高，水平越高，其使用价值越高；不确定度越大，测量结果的质量越低，水平越低，其使用价值也越低[3]。GB 21518—2022新标准中要求：测试吸持功率的测量不确定度应小于5%[4]。下面以控制电源AC220V的接触器为例进行不确定度评定。

3.1 吸持功率的数学模型

本次吸持功率测量采用功率分析仪测量交流接触器线圈的电压和电流，故交流接触器的吸持功率按照式（1）计算：

式中：Sh为接触器吸持功率，V·A；US为额定控制电源电压，V；I为额定控制电源电压下的控制电流的有效值，A。

3.2 吸持功率的不确定度来源

本次吸持功率的不确定度来源为：（1）测量电压重复性引入的标准不确定度UAV，采用A类方法评定；（2）测量电流重复性引入的标准不确定度uAC，采用A类方法评定；（3）测量设备电压引入的标准不确定度uBV，采用B类方法评定；（4）测量设备电流引入的标准不确定度u BC，采用B类方法评定；（5）测量环境温度引入的标准不确定度。由于测试过程中对环境温度的要求范围相对宽泛，对吸持功率的影响量无法得知，只要符合标准对环境温度（23±3）℃的要求即可。根据行业经验，此试验环境下引入的标准不确定度可忽略不计[5]。对于直接测量，各不确定度分量互不相关，采用均和根方法合成，求得合成不确定度UC（Sh）为：

3.3 吸持功率的不确定度的评定

3.3.1 测量的电压和电流不确定度的A类评定

对交流接触器线圈进行10次独立的测量电压和电流，见表1。

用贝塞尔公式分别计算电压和电流的测量结果，可得电压和电流的A类方法评定标准不确定度，计算公式见（3）和（4）：

式中：uAV为测量电压的A类不确定度分量；UAC为测量电流的A类不确定度分量；USi为第i次测得的电压值； 为n 次独立测得的电压的平均值；Ii为第i 次测得的电流值； 为n 次独立测得的电流的平均值；n为独立测量的次数，这里n =10。

3.3.2 测量的电压和电流不确定度的B类评定

由功率分析仪引起的电压相对不确定度分量为u BV，根据校准证书信息知该仪器设备的电压相对不确定度为uBV =1.5×10-4，k =2；由功率分析仪引起的电流相对不确定度分量为uBC，据校准证书信息知该仪器设备的电流相对不确定度为uBC =6×10-4，k =2。

3.3.3 吸持功率的合成不确定度

交流接触器吸持功率测量的各不确定分量及吸持功率不确定度，如表2所示。

4 结 语

本文介绍了新国标GB 21518—2022中规定的测量吸持功率的试验方法和吸持功率不确定度评定，为企业能效管理提供了理论依据，有利于能效交流接触器的推广，引导广大企业正确理解新标准要求。吸持功率不确定度的评定为今后类似试验项目的测量不确定度提供了有效参考，具有一定的代表性。

参考文献

[1]交流接触器能源效率计量检测规则： JJ F 12 61.18—2017[S].

[2]低压开关设备和控制设备第4-1部分：接触器和电动机起动器机电式接触器 和电动机起动器（含电动机保护器）：GB/T 14048.4—2020[S].

[3]郑世欣.GB 21518—2022《交流接触器能效限定值及能效等级》最新标准解读[J].电器工业，2023（10）：28-31.

[4]交流接触器能效限定值及能效等级：GB 21518—2022[S].

[5]杨祥.交流接触器线圈功率损耗测量结果的不确定度评定[J].电器与能效管理技术，2016（11）：65-68+74.

作者简介

杜红亮，硕士研究生，高级工程师，主要从事中低压电器产品检验工作。

（责任编辑：袁文静）

基金项目：本文受2023年山东省产品质量检验研究院电器所储备项目“光伏发电系统相关产品检测用电弧发生器”（项目编号：2023ZJKY001）资助。