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带金属杆电位器整机测试评估的研究

发布时间:2015-03-19  〖字号:
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Research on Test of Potentiometer With Metal Rod
陈始记
(威凯检测技术有限公司    广州   510663)


摘要:本文介绍GB 4706.1-2005 《家用和类似用途电器的安全 第1部分:通用要求》标准中涉及带金属杆电位器家电的条款,分析金属杆电位器结构存在的问题,提出合理的解决方案。
关键词:电位器;金属杆;旋钮;带电部件;附加绝缘
Abstract:This paper introduces the basic requirements of GB 4706.1-2005, Household and similar electrical appliances - Safety - Part 1: General requirements related to potentiometer with metal rod. And it analyzes the problems about metal rod; finally it puts forward the reasonable solutions.
Key words: potentiometer; metal rod; knob; live part; supplementary insulation


  日常工作中发现部分家用电器产品,通过金属杆电位器来实现调速和调节功率。然而部分家电制造商并不了解标准的相关要求,因此有必要对相关条款进行分析。
  某电暖器产品上的电位器如图1所示,该电位器的供电电压+13V由电阻电容降压电路供给。电位器的操纵杆由金属材料制成,塑料旋钮通过胶水与金属杆黏合,如图2所示。
  GB 4706.1-2005标准中涉及到此金属杆电位器的条款有8.1、22.11、22.12、22.34、22.35以及29章。笔者将分析案例中存在的“问题”并提出解决方案。

  1电位器调功率调速的工作原理
  图3是某电暖器的电气原理图,图中R2、R3、R4、RX电阻以及C1、C2电容起到移相延时作用,使得可控硅触发电流来的较迟。电压通过电阻给电容充电,电容两端的电压相位会滞后产生延时。当RX的阻值调至最小时,由于R3、R4电阻较小,可控硅SCR门极电压上升,迅速产生触发电流使得可控硅导通,让负载有电流通过。当RX的阻值调至最大时,C1和C2上的电压上升很慢,可控硅在正半周结束了都仍未能导通或延迟导通。通过调节RX的阻值,可以调节可控硅在每个交流电半周期的导通时间的长短,从而实现调节负载消耗功率的功能。
  2与电网不隔离的低压部件是带电部件
  假设使用者站在大地,手触及到电位器的引脚(图3的A点),是否会发生触电危险? 笔者从以下两点进行分析:
  首先,要确定电位器引脚的工作电压。根据实物及图3的电气原理图,笔者用万用表,测量A点对地的电压为13V(见图4),小于人体安全电压36V。在这种情况下,使用者站在大地上触及到电位器的引脚,不会发生触电危险。
  笔者将电源的极性反过来,再次测量A点对地的电压,此时万用表显示207V(见图5),远大于人体安全电压。在这种情况下,使用者站在大地上触及到电位器的引脚,就会发生触电危险。
  其次,根据GB 4706.1-2005标准带电部件的定义和8.1.4的要求:
  打算在正常使用时通过的导线或导电性部件,按惯例包括中性导线,但不包括PEN导线。
  注1:凡是符合8.1.4要求的易触及或不易触及部件都认为是非带电部件。
  8.1.4:如果易触及部件为下述情况的其中一种,则不认为其是带电的:
  ——该部件由安全特低电压供电。
  ——该部件通过保护阻抗与带电部件隔开。
  +13V的“弱电”部件具导电性,虽然A点对地的电压只有+13V,但是+13V的电压仅靠电阻降压电路降压而来,既不是由安全特低电压供电,也不是通过保护阻抗与带电部件隔开。
  综上所述,+13V低压部件与电网不隔离,视作带电部件。

  3电位器的金属杆不应带电
  由于电位器的旋钮长时间被使用者操作或触摸,一旦脱落,极易触及到电位器的金属杆。金属杆如果带电或可能带电,就会危及到使用者的人身安全。
  根据标准22.34和22.35的要求:
  22.34 操作旋钮、手柄、操纵杆和类似零件的轴不应带电,除非将轴上的零件取下后,轴是不易触及的。
  通过视检,并通过取下轴上的零件,甚至借助于工具取下这些零件后,用 8.1规定的试验探棒确定其是否合格。
  22.35 对于非III类结构,在正常使用中握持或操纵的手柄、操纵杆和旋钮即使绝缘失效,也不应带电。如果这些手柄、操纵杆或旋钮时金属制成的,并且它们的轴或固定装置在绝缘失效的情况下可能带电,则应该用绝缘材料充分地覆盖这些部件,或用附加绝缘将其易触及部分与它们的轴杆或固定装置隔开。
  将图1的旋钮人为拆卸下来,使用B型试验探棒和13号试验探棒仅触及到金属杆,未触及带电部件。当旋钮(附加绝缘)失效,尽管金属杆可触及,但不带电;而当基本绝缘失效时,金属杆可能带电,但制造商使用塑料旋钮覆盖整个金属杆,使得B型试验探棒无法触及金属杆。在金属杆与塑料旋钮的表面之间进行1750V的电气强度试验又未击穿,因此该结构满足标准22.34与22.35的要求。
  值得指出的是,在合格评定工作实践中,曾有若干制造商认为已经用万用胶牢牢地固定塑料旋钮在电位器轴上,不必要取下旋钮考核电位器的轴是否带电。笔者认为这是没有理解标准条款本意导致的误解。标准经过风险分析,考虑到使用场合、使用者、使用寿命等因素,已经假定旋钮在产品生命周期内肯定会被有意或无意地取下,例如万用胶高分子材料老化脆裂。所以22.34条款明确规定“甚至借助工具取下这些零件”。

  4 +13V带电件与电位器金属壳之间的爬电距离不满足基本绝缘的要求
  上述的分析已确定+13V的部件为带电件,旋钮为不可拆卸部件,此时电位器引脚与金属壳之间的电气间隙、爬电距离按基本绝缘的要求来考核。
  电位器引脚的工作电压在标准含义中视为器具的额定电压220V,根据标准表15可知:额定脉冲电压为2500V,查表16:带电件到金属壳(基本绝缘)的电气间隙1.5mm。因旋钮的结构会受到磨损、变形、部件运动或装配的影响,距离增加0.5mm,因此带电件到金属壳的电气间隙至少2.0mm(见图6)。而在污染等级3、材料组别IIIa前提下,查表17得:带电件到金属壳(基本绝缘)的爬电距离至少4.0mm(见图7)。
  该案例中电位器引脚到金属壳之间的电气间隙实测2.5mm、爬电距离2.5mm。因此电位器引脚到金属壳之间的爬电距离不满足标准29.2.1的要求。

  5解决方案
  针对该案例中出现的不合格情况,可以采用以下几种解决方案:
  1)增大电位器引脚与金属壳之间的距离(电气间隙2.0mm、爬电距离4.0mm,见图6);同时,确保B型试验探棒触及到的表面与电位器的金属轴之间的电气间隙和爬电距离满足附加绝缘的要求(电气间隙2.0mm、爬电距离4.0mm,见图7)。
  2)增大电位器引脚与金属壳之间的距离(电气间隙2.0mm、爬电距离4.0mm,见图7);并且,将电位器的金属杆换成塑料的(见图8)。
  3)案例中的+13V电压由电阻降压电路得到,可考虑采用安全隔离变压器。不过该方案改动大,成本增加较多。

 6总结
  综上所述,笔者结合标准对案例进行分析,指出案例中与电网不隔离的低压部件是带电部件;电位器的金属杆不应带电;+13V带电件与电位器金属壳、金属杆之间的电气间隙和爬电距离需满足基本绝缘的要求。希望本文能使制造商更加了解标准的要求,提高产品质量,避免不合格产品流入市场。


参考文献
[1] GB 4706.1-2005,家用和类似用途电器的安全 第1部分:通用要求 [S].

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