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家用电器电参数测量影响结果准确性的因素分析

   2023-01-30 安规与电磁兼容网伍云山1290
本文导读:在前文《电热器具输入功率项目不合格原因探讨》、《电热器具输入功率项目在生产过程中的监视和测量》中,笔者曾提出关注试验电源电压波动的问题,试验电源电压不准确将对电热器具输入功率测量结果的准确性造成直接影

在前文《电热器具输入功率项目不合格原因探讨》、《电热器具输入功率项目在生产过程中的监视和测量》中,笔者曾提出关注试验电源电压波动的问题,试验电源电压不准确将对电热器具输入功率测量结果的准确性造成直接影响。

实际上,影响电热器具输入功率项目测量结果的准确性的因素除了电源电压波动外还有其他因素。这些因素不仅对输入功率项目有影响,对其他电参数及其相关参数也有影响。这些因素也不仅对电热器具有影响,对其他家用电器乃至更大类别的电气产品电参数测量的影响也具有共性。

影响电器产品电参数测量结果准确性的因素主要有以下几个方面:

一、试验电源的质量

CTL OP 110《测量实验室用电源特征的程序》对电器产品测量时的电源质量提出了要求。

检测实验室委员会CTL(Committee of Testing Laboratories)是国际电工委员会电工产品合格测试与认证组织IECEE的技术分支机构,是由一些国家的CB检测实验室(按 IECEE 规则被接受的检测实验室)的技术专家参与的技术论坛,统一对检测标准和检测方法的理解,并形成CTL决议文件。

正如CTL OP 110中所提到:

(1)电压的幅度变化会引起电器设备的温度变高;

(2)频率的变化也能引起电器设备的温度变高,特别是马达、变压器等设备;

(3)谐波不仅能引起电器设备的温度变高,而且会产生漏电流。

因此,对实验室用电源要有明确的技术要求,才能使试验结果不产生过多的不确定性。而CTL OP 110就是一份确定通用试验电源技术要求,国际上一致认可的决议。

该文件明确了试验电源的几个测量参数的定义和最低要求,主要是:

电源稳定度:最大±3%;

频率稳定度:最大±2%;

总谐波失真度的范围:最大5%。

GB/T 12325-2008《电能质量 供电电压偏差》规定“220V单相供电电压偏差为标称电压的+7%,-10%”。

GB/T 15945-2008《电能质量 电力系统频率偏差》“电力系统正常运行条件下频率偏差限值为±0.2Hz。当系统容量较小时,偏差限值可以放宽到±0.5Hz”。

GB/T 14549-1993《电能质量 公用电网谐波》规定:380V标称电压的电压总谐波畸变率为0.5%。

可见,我国的电能质量主要是电压波动未能满足CTL决议文件的最低要求。

需要特别强调的是,CTL决议要求是对试验电源质量的最低要求,为了降低检测结果的不确定性,特别是在测量产品功率、能效等项目时,试验用电源应尽可能配置优质电源,选用合适的稳压设备。

二、检测仪器的精度

另有一份CTL决议CTL DSH 251B《仪器精度限值》中规定了对测量仪器精度等级的要求。

其中,对测量试验电源电压的仪器规定为±1.5%,但是,需要指出的是,该文件规定的只是试验用仪器精度的最低要求,除对一般监视性仪表的精度要求可以较低外,我国大多数的国家标准对电器产品电参数测量仪器的精度要求通常为0.5级。

选择检测仪器时,除了考虑仪器的精度等级外,还要考虑仪器的量程,应使被测量量值落在仪器的量程的2/3至满刻度范围内。

此外,还要根据被测量量值的过程变差来考虑测量仪器的分辨率,测量仪器的分辨率通常选择在过程变差的1/6~1/10范围。

还有就是测量仪器在使用前和使用过程中应及时校准,使用过程中应关注仪器是否有异常,有必要时可以开展期间核查和或比对活动,确保测量仪器的精度等级合格并满足预期的使用要求。如果是设定上下限值,超过限值时通过声光报警等功能来提示产品不合格时,还应在班前班后对测量仪器进行功能检查。

三、试验的环境温度和湿度

GB 4706.1-2005《家用和类似用途电器的安全 第1部分 通用要求》对试验的环境温度有明确要求,在第5章“试验的一般条件”5.7条规定:

试验在无强制对流空气且环境温度为20℃±5℃的场所进行。

如果某一部位的温度受到温度敏感装置的限制或被相变温度说影响(例如当水沸腾时),若有疑问时,则环境温度保持在23℃±2℃。

此外,还要关注试验环境的相对湿度,通常相对湿度应控制在45%~75%,确保测量仪器和被测量器具的正常工作。

四、产品质量被误判的风险分析

各方面试验条件都对测量结果的准确性造成一定的影响。等同采用ISO/IEC 17025:2005标准的国标GB/T 27025-2008《检测和校准实验室能力的通用要求》在检测报告应包括的内容中提到:

适用时,评定测量不确定度的声明。当不确定度与检测结果的有效性或应用有关,或客户的指令中有要求,或当不确定度影响到对规范限度的符合性时,检测报告中还需要包括有关不确定度的信息。

下面以电热器具输入功率测量时电压表的精度等级为例,说明使用低精度等级仪表对产品质量被误判的风险。

不考虑其他因素的影响,假设以0.5级精度的电压表显示试验时的输入电压,电压表显示输入电压正好是额定电压Un,器具在热稳定状态的电阻为R,考虑到电压表精度等级的影响,输入功率测量结果的最小值将是:

输入功率测量结果的最大值将是:

也就是说,因为选用了0.5级的电压表,将造成输入功率测量结果有大约1%的最大误差。

再考虑到试验电源电压波动、环境稳定等因素的,输入功率测量结果的误差显然将有可能更大。这将造成将一部分本来真值不合格的产品判定为合格品,也会将一部分本来真值合格的产品判定为不合格品。

五、控制误判风险的措施

为了防止产品质量被误判的风险,特别是将一部分本来真值不合格的产品判定为合格品而流向市场,除了选用优质的稳压电源、较高精度的测量仪表,控制测量环境温湿度等措施外,还可以通过制定更严格的规范限值来规避风险。

比如,对于GB 4706.1《家用和类似用途电器的安全 第1部分 通用要求》标准中要求输入功率偏差为+5%-10%的电热器具,可以制定更严格的企业标准,比如+4%-8%。

制订企业内控标准时还应考虑过程能力,在过程能力指数较高的情况下,可以考虑进一步缩小编差限值。

一旦在生产过程中出现了不合格项目,则要分析原因,当发现是异常波动时,则要采取相应的措施,必要时改进制造过程的工艺提高过程能力,重新评价和选择供方,甚或是修改设计。

本文作者简介:伍云山 全国旋转电机标准化技术委员会小功率电机分技术委员会秘书长

 
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