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1、 基于电气安全问题的家电产品设计研究 摘要：家用电器在设计时，考虑到为了实现保护使用者免受短路触电的用电事故侵害的功能，都会进行安全性能检测。基于此，本文对在“CCC”安全认证标准下，家电产品的设计思路进行了分析研究，其中主要是对家用电器的电控方案进行分析。希望通过此文，能够带给家电产品设计人员一点理论帮助，能够设计出功能多样、经济适用的家用电器的同时，能够兼顾家用电路的安全使用功能。关键词：电气安全问题；家用电气；电控方案前言：CCC认证是指在由国家认证认可监督管理委员发布的强制性产品认证管理规定中，将19类名目132种产品进行的强制性认证。在我国的家用电器消费市场中，如果没有安全认证标志，
2、将难以找到用户需求市场。所以说，无论是本着电气安全的底线原则，还是说为了提高企业的市场核心竞争力，在家用电器的电控方案中深入探究电气安全问题，对于企业来说都是必不可少的。1. 家电设计的趋势走向 就当前的家用电器设计制造水平来看，家电产品的70%以上甚至更多的性能都是由合理的设计阶段赋予的，如今家电的样式功能越来越多样化，随着环保、低碳、节能等理念的不断深入，当前主流的家电设计主要有以下几个趋势特点：1.1功能丰富、操作简便如今的家用电器在生产制造工艺水平上早已今非昔比，相应地产品品质也越来越高。这个趋势集中表现在家用电器功能越来越多样，在借助电气控制系统的控制保护下，操作越来越简洁轻便。1.
3、2智能化发展智能家电是近几年来的新兴话题，从设计制造的发展历史来看，家用电器正在经历着一个由简单到复杂、由人工到自动、由机械控制到逻辑控制的转变阶段。基于人工智能技术设计出的家用电器，能够利用模糊逻辑功能来记忆使用者的使用习惯，推测使用者的操作意图，甚至现阶段已经出现了许多可以实现半自动控制的智能家电。这主要得益于飞速发展的IC技术与计算机科学，将使用者从高强度、繁冗的劳动任务中解脱出来。1.3系统化在智能技术时代，家电往往不是独一存在的形式，它通常会与其它电器通过物联网串联起来，在一定的空间内实现一定程度的联动思考，这样的家电系统系统内，由于家用电器系统已经作为室内居住环境密不可分的一个组成
4、部分了，因此它与居住使用者会产生极大地关联。所以说，将家用电器设计成为一个完整的系统，已经成为了人们日常需求的一个重要体现。1.4安全标准严苛家用电器不同于生产制造设备，它的设计不被允许存在操作风险，在电气安全问题中，人身安全是需要摆在首位的，即不能存在任何可能，即使是错误操作，也要保证使用者的生命健康安全。其次是家用电气本身以及用电线路的因短路过载而损坏的问题，避免因家用电气的错误连接或者故障短接，造成局域用电瘫痪、甚至引发家庭火灾，这些都是设计阶段需要排除的主要用电安全问题。总地来说，电气安全问题是家用电器设计的底线原则，只有保障了用电安全，家用电器才有了实质上的使用意义1。2. 家用电器
5、的电控系统保护设计电控系统是指家用电器的二次控制回路，不同的用电设备拥有不同的电气控制回路，这个二次控制回路是由若干组功能各异的电气元件与线路集合而成的。其作用是在家用电器工作时，对它的运作状态进行动态、合理地控制。通常情况下，电控系统负责自动控制、测量、保护、监视等功能。在电气安全问题的视角下，电控系统的设计上要能够满足以下几种保护功能。2.2短路保护这是家用电器最常见的一种故障状态，尤其是带有金属外壳的如微波炉、冰箱、显示器、液晶电视、电脑主机等三项插头的用电设备。当这种设备的内部线路开始老化，绝缘层或者焊点出现脱落虚搭后，就容易使用电设备发生短路现象。正常情况下，人体所能接受的最大安全电
6、压值为36V以下，而家用电路环境的220V电压远高于此，所以会直接导致使用者触电休克，甚至死亡。而另一方面，短路由于是用电器部分被短接，导致用电器内部的实际阻值极小，那么根据公式Q=I2Rt来看，此时家电所在的支路通过的电流值极高，在短路电流忽然增大时，它的释放热量也很高，甚至足以烧毁线路的绝缘层，熔断金属，使线路埋设位置的可燃物起火引发火灾。那么短路保护功能最容易实现的就是，在家用电气的电控系统中，加装一个继电保护装置，这是一种利用短路时电流突然增大和电压突然降低的现象来完成继电保护动作的装置，它按照保护动作可以分为有时限过速保护、无时限过速保护、三段式过流保护、电流电压连锁间接保护或速断保
7、护。与家用电流中的空气开关、熔断器等起到同一个功能，即捕捉短路的瞬间动作同步反应切断家用电气的供电线路2。2.2 过载保护过载现象是指家用电器在使用过程中，接收到了远大于限额的负载。家用电器中不乏一些功率较大的产品，如微波炉、电饭煲、热水器、高匹数空调制冷机等，若同时存在多种大功率用电器工作时，很容易直接超出家用电路的负载额度，使线路过热起火。而过载保护就是为了防止因家庭供电线路过载过热，导致设备损毁而加装的一个保护设施。与短路保护相同，它当在捕捉到家用电器的过载动作时，也是通过切断供电线路来实现保护功能的。在家用电器的用电线路中，需要在相线上安装一个电流脱扣器，触发长延时动作的整流电流不应当
8、比线路的常用负载电流高。此外，在一些高功率的家用电器电控线路设计中，还应当在线路外层设置一层延燃烧性能较高的绝缘层，避免家用电器在过载时受热导致绝缘层熔化燃烧。2.3过电流保护过电流保护是指当某个特定的电子元件超过了预先整定的电流最大值时，由保护装置向断路器发起一个控制信号，使线路跳闸断开的一种保护功能。它与短路故障还是有较大区别的，由于当前的一些主流智能家电的内部都有集成了微型计算机的电路板，而在这个电路板上通常会有多个电子元件，如二极管等不允许通过过大的电流，一旦超过了整定电流，就会使设备被强电流击穿而损毁。在家用电路的电网结构中，经常会出现因负载不合理、负载短路或者电气控制系统失效故障等
9、多种原因导致一些电子元件的通过电流突然间增大，而若是没有过电流保护开关，设备会在强电流接通的短时间内直接击穿损毁，使家用电气损坏瘫痪。因此需要在家用电器的电气控制线路中，设置一个拥有限流保护功能的线性稳压器。这种开关式的稳压器保护电路并不是直接输出来控制跳闸断开的，而是将过电流现象转化为一种电子脉冲信号，当调制器接收到这种电子脉冲信号后，就会切断相应位置的供电开关了。在家用电器线路中，过电保护装置的连接方式是与电流互感器完全以星型连接的方式接入供电线路的，过电装置的参数选用上，还需要根据返回系数的比例公式来求得，Kf=If（返回电流）/Iqd（启动电流），家用电器通常返回系数通常取值在0.8-
10、0.9范围之间，其中启动电流是指继电器线圈到达动作的电流，而返回电流则是指扇形齿杠杆到衔铁之间，与扇形齿轮刚离开蜗母时变化的电流。2.4欠压保护欠压保护主要是针对含有电机的家电电控系统中的，假如家用电器的电机因短路故障原因导致路端电压骤低或者完全消失，那么此时电机会因为堵转、疲转而给转轴工件带来极为严重的损害。此外在转速远低于正常运作情况的状态下，电压消失而电流缺并未减小，反而强于额定电流值数倍，这会直接导致电动机被烧毁坏。而当电动机的电压恢复时，由于电动机的自起动会在短时间内使电压骤降，进而引发电动机损坏。那么我们将可以导致电动机疲转损毁的电压叫做欠压临界值，根据电功率P=UI可知,用电器的
11、功率若恒定，电压越小电流就越大，如果电压下降为原本的1/2，那么电流就会增强到原来的二倍，但往往短路故障中，电机的欠压现象会更加严重3。因此需要在家电的电控线路设计中，加入一种能够在电动机欠压时及时提供低电压保护的装置，如发动机复合闭锁过流装置等，它的原理是将一块低压继电器以并联得分方式接入家用电器的供电线路中，接线方法为任意的两相之间，而后将它的常闭合接点通过过流保护器的1BCJ回路中，此时是复合闭锁状态。只有当电机两端的电压骤降时，才会通过动作形成闭锁状态，而平时这个复合闭锁过流装置都是在出口1BJC回路以外的支路上，伺机动作的。3. 家用电器的电控系统功能设计为了使设备能够实现基本的自动
12、控制，需要有一套自动化控制的电气元件，来负责对供电设备的分、合闸动作进行自动控制。其中包括传统的操作组件、控制电器、投切装置，而如今它们则被体积更小的由小型计算机控制的逻辑单元系统来代替，这也是家电从半自动化操作像智能操作的简化。测量功能，而除了简便的智能操作系统供用户提供与设置修改指令以外，还需要有灯光与语音播报信号，来对设备当前的工作状态与进度进行表达，若还需要获取家用电器的温度、湿度、水流速度、风速等物理量信息，或是电压、电流、实时功率等信息，则还需要借助多种传感器与电气仪表来实现电控系统的测量功能。监视功能，在家用电器中的供电系统中，电并不是一种能够直接观察的现象，而我们想要判断一台家
13、电是否是带电状态，就必须要借助声光信号装置，来将电信号转化为一种可视信号，这样就能够实现直观监视电器的运行启动状态的功能了。结语：综上所述，家用电器的设计上，需要除了根据使用用途来设计不同的功能之外，所有的电器都必须要在电控系统中加入电气安全设计。只有这样才能确保家用电气在投入使用后，不会因为线路故障或者人为误操作给使用者的生命财产安全带来威胁。电气安全问题是关乎到人身安全与设备安全的头等大事，需要家用电器的设计者能够将电器安全问题放在设计首位，在保障用电安全的前提下，合理开发多用途多功能的家电设计方案。参考文献：1高继强.电气工程的安全管理与质量控制J.居业,2021(09):192-193.2杜江伟,汪年结,刘宇.家电产品全生命周期绿色设计方法及软件系统J.机电产品开发与创新,2019,32(01):22-24+30.3柯胜根,蔡永华,郑晓晴.智能家电保护电子电路系统安全要求及案例分析J.家电科技,2018(05):53-55. -全文完-
