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案例問題
某制造商實(shí)驗(yàn)室申請(qǐng)CNAS認(rèn)可現(xiàn)場(chǎng)評(píng)審被開不符合項(xiàng)：提交的電磁灶安規(guī)測(cè)試經(jīng)歷報(bào)告顯示未對(duì)“工作電壓超過250V的部件”進(jìn)行電氣強(qiáng)度試驗(yàn)。那電磁灶中“工作電壓超過250V的部件”電氣強(qiáng)度試驗(yàn)電壓是多少呢?
案例分析
筆者認(rèn)為，電磁灶中有工作電壓超過250V的部件，在GB4706.1-2005《家用和類似用途電器的安全 第1部分：通用要求》標(biāo)準(zhǔn)13、16、29章中都應(yīng)注意，不能降低要求按220V工作電壓考核。
想要計(jì)算電氣強(qiáng)度試驗(yàn)電壓，有必要先了解電磁灶工作原理，考慮超過250V部件的工作電壓。
01 電磁灶的基本原理
電磁灶是利用電磁感應(yīng)原理將電能轉(zhuǎn)換為熱能的工作原理。由整流電路將50/60Hz的交流電壓轉(zhuǎn)換成直流電壓（AC-DC-AC、交流-直流-交流），再經(jīng)過控制電路將直流電壓轉(zhuǎn)換成頻率為20-35KHz的高頻電壓，高速變化的電流流過線圈產(chǎn)生高速變化的磁場(chǎng)，當(dāng)磁場(chǎng)內(nèi)的磁力線通過金屬器皿底部金屬體內(nèi)產(chǎn)生無數(shù)的小渦流，使器皿本身自行高速發(fā)熱。
圖1 電磁灶原理
（圖片來源于網(wǎng)絡(luò)）
圖2 電磁灶主回路電路
（圖片來源于網(wǎng)絡(luò)）
電磁灶主回路電路示例如圖2所示，市電經(jīng)橋式整流器變換為直流電，再經(jīng)電壓諧振變換器變換成頻率為20-35kHz的交流電。電壓諧振變換器是低開關(guān)損耗的零電壓型（ZVS）變換器，功率開關(guān)管的開關(guān)動(dòng)作由單片機(jī)控制，并通過驅(qū)動(dòng)電路完成。
02 電磁灶的基本原理
根據(jù)電路原理，橋式整流后的電路，包括濾波電容C2、線圈盤、IGBT對(duì)“大地（產(chǎn)品放在大地上，或人站在大地上觸及產(chǎn)品外殼構(gòu)成另一電極）”的工作電壓可能超過器具的額定電壓220Vr.m.s。
某電磁灶實(shí)測(cè)典型工作點(diǎn)對(duì)大地的工作電壓結(jié)果如下：
圖3 某電磁灶線圈盤OUT1 – 大地 電壓波形
（圖片來源于實(shí)拍）
電壓峰值344 Vpeak，此值將用于GB 4706.1-2005標(biāo)準(zhǔn)29.1.5 電氣間隙的考核；
電壓有效值 155 Vr.m.s，沒有超過250V。
圖4 某電磁灶線圈盤OUT2 – 大地 電壓波形
（圖片來源于實(shí)拍）
電壓峰值1040 Vpeak，此值將用于GB 4706.1-2005標(biāo)準(zhǔn)29.1.5 電氣間隙的考核；
電壓有效值 481 Vr.m.s，超過250V，此值將用于GB 4706.1-2005標(biāo)準(zhǔn)13.3、16.3、29.2條款試驗(yàn)。
值得指出，不同品牌、不同型號(hào)的電磁灶該部位的工作電壓不盡相同。
03 計(jì)算13、16章電氣強(qiáng)度試驗(yàn)電壓
對(duì)于工作電壓481 Vr.m.s部件與易觸及部件之間加強(qiáng)絕緣，電氣強(qiáng)度試驗(yàn)電壓為
Ux = 2.4 U +2400 = 2.4 × 481 + 2400 = 3554 V
顯然比額定電壓 “>150且≤250 V”部件加強(qiáng)絕緣的試驗(yàn)電壓3000 V要高。
04 實(shí)際電氣強(qiáng)度試驗(yàn)操作
有人“偷懶”在進(jìn)行“工作電壓481 Vr.m.s部件與易觸及部件之間”加強(qiáng)絕緣3554V電氣強(qiáng)度試驗(yàn)，高壓試驗(yàn)裝置一個(gè)探頭接被測(cè)電磁灶的插頭，另一探頭連接覆蓋在微晶面板和控制面板上的金屬箔。這是錯(cuò)誤的試驗(yàn)方法。
根據(jù)物理學(xué)“等勢(shì)體”原理，此時(shí) “工作電壓220 Vr.m.s部件與易觸及部件之間” 原本只需要承受3000 V耐壓試驗(yàn)，而“受連累”一起經(jīng)受3554 V耐壓試驗(yàn)。
正確的做法是，切斷“工作電壓481 Vr.m.s部件”與“工作電壓220 Vr.m.s部件”的電路連接，3554 V耐壓只施加在“工作電壓481 Vr.m.s部件”與“易觸及部件”之間。
05 29.1.5電氣間隙脈沖電壓的計(jì)算
用于確定表16電氣間隙的電壓應(yīng)是額定脈沖電壓與工作電壓峰值和額定電壓峰值之差的和，即
脈沖電壓 = 2500 + （1040 – 220 × 1.414） = 3229 V
標(biāo)準(zhǔn)條款
GB 4706.1-2005《家用和類似用途電器的安全 第1部分：通用要求》（IEC 60335-1:2004，IDT ）標(biāo)準(zhǔn)
3.1.3工作電壓 working voltage
器具以額定電壓并在正常工作條件下運(yùn)行時(shí)，考慮的那部分所承受的最高電壓。
注1：考慮控制器和開關(guān)裝置不同位置的影響。
注2：工作電壓考慮了諧振電壓。
注3：在確定工作電壓時(shí)，可忽略瞬間電壓的影響。
13.3 按照GB/T 17627. 1 (eqv IEC 61180-1)的規(guī)定，斷開器具電源后，器具絕緣立即經(jīng)受頻率為50 Hz或60 Hz的電壓，歷時(shí)1 min.
用于此試驗(yàn)的高壓電源在其輸出電壓調(diào)整到相應(yīng)試驗(yàn)電壓后，應(yīng)能在輸出端子之間提供一個(gè)短路電流Is。電路的過載釋放器對(duì)低于跳閘電流Ir的任何電流均不動(dòng)作。不同高壓電源的Is和Ir值見表5。
試驗(yàn)電壓施加在帶電部件和易觸及部件之間，非金屬部件用金屬箔覆蓋。對(duì)在帶電部件和易觸及部件之間有中間金屬件的Ⅰ類結(jié)構(gòu)，要分別跨越基本絕緣和附加絕緣來施加電壓。
注1：應(yīng)注意避免電子電路元件的過應(yīng)力。
試驗(yàn)電壓值按表4的規(guī)定。
表4 電氣強(qiáng)度試驗(yàn)電壓
絕緣 | 試驗(yàn)電壓/V | |||
額定電壓a | 工作電壓（U） | |||
安全特低電壓SELV | ≤150 | ＞150且≤250b | ＞250V | |
基本絕緣 | 500 | 1 000 | 1 000 | 1.2U+700 |
附加絕緣 | 1 250 | 1 750 | 1.2U+1450 | |
加強(qiáng)絕緣 | 2 500 | 3 000 | 2.4U+2400 | |
a 對(duì)多相器具，額定電壓是指相線與中性線或地線之間的電壓。對(duì)480V的多相器具，試驗(yàn)電壓按照額定電壓在＞150V和≤250V的范圍內(nèi)的規(guī)定。 b 對(duì)額定電壓≤150V的器具，測(cè)試電壓施加到工作電壓在>150V且≤250V范圍內(nèi)的部件上。 | ||||
在試驗(yàn)期間不應(yīng)出現(xiàn)擊穿。
注2：可忽略不造成電壓下降的輝光放電。
16.3 在16.2試驗(yàn)之后，絕緣要立即經(jīng)受1 min頻率為50 Hz或60 Hz基本正弦波的電壓。表7中給出了適用于不同類型絕緣的試驗(yàn)電壓值。絕緣材料的易觸及部分，要用金屬箔覆蓋。
注1：注意金屬箔的放置，以使絕緣的邊緣處不出現(xiàn)閃絡(luò)。
表7 試驗(yàn)電壓
絕緣 | 試驗(yàn)電壓/V | |||
額定電壓a | 工作電壓（U） | |||
安全特低電壓SELV | ≤150 | >150V和≤250Vb | ＞250V | |
基本絕緣c | 500 | 1250 | 1250 | 1.2U+950 |
附加絕緣c | —— | 1250 | 1750 | 1.2U+1 450 |
加強(qiáng)絕緣 | —— | 2500 | 3000 | 1.2U+2 400 |
a 對(duì)多相器具，額定電壓是指相線與中線或地線之間的電壓。以在＞150V且≤250V的范圍內(nèi)的額定電壓值作為480V多相器具的試驗(yàn)電壓。 b 對(duì)額定電壓≤150V的器具，測(cè)試電壓施加到工作電壓在>150V且≤250V范圍內(nèi)的部件上。 | ||||
對(duì)入口襯套處、軟線保護(hù)裝置處或軟線固定裝置處的電源軟線用金屬箔后，在金屬箔與易觸及金屬部件之間施加試驗(yàn)電壓，將所有夾緊螺釘用表14中規(guī)定力矩的三分之二值夾緊。對(duì)0類和Ⅰ類器具，試驗(yàn)電壓為1250 V，對(duì)Ⅱ類器具，試驗(yàn)電壓為1750 V。
注2：13.3的注3對(duì)試驗(yàn)用的高壓電源做了規(guī)定。
注3：對(duì)同時(shí)帶有加強(qiáng)絕緣和雙重絕緣的Ⅱ類結(jié)構(gòu)，要注意施加在加強(qiáng)絕緣上的電壓不對(duì)基本絕緣或附加絕緣造成過應(yīng)力。
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