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AFCI技术在空调电源插头中的应用家电信息行业资讯资讯-【资讯】

发布时间:2021-07-21 17:24:43 阅读: 来源:针阀厂家

AFCI技术,即错误电弧断路保护技术,在家用空调电源插头上的应用是十分重要且必要的。今年8月1日以后,在美国市场销售的家用空调的电源插头要求必须具有AFCI功能。不正确的空调电源插头保护技术的应用,将会直接损害消费者及空调生产厂商的利益,并影响到消防安全。美国德州仪器公司已经开发出了带有AFCI功能的空调电源插头。本文将介绍AFCI技术的基本内容,尤其着重介绍AFCI技术在家用空调电源插头上的应用。

AFCI技术介绍

AFCI技术是一项最新的电路保护技术,其主要作用是为了防止一些由电弧引起的火灾。这些危险的电弧可能发生在家用电器的布线上、插头插座连接点以及家用电器内部的线束上或电器的电源线上等。引发错误电弧主要原因是电线绝缘层的磨损或不良的电气连接。美国消费品安全协会(CPSC)和美国国家消防协会的众多资料显示,由电弧导致的危险事件包括了火灾以及由此引起的死亡。

AFCI技术可以感应到由错误电弧引起的电流中不正常的现象。 由于电器产品在实际运行过程中会产生一些“好的”电弧 ( 例如,触头连续性的断开和闭合或马达起动瞬间产生电弧)或者“坏的”电弧,因此AFCI技术必需能够区别“好的”电弧和“坏的”电弧, 这样才不会导致失误或误动作。有时许多负载运行时的电流信号也很容易被误认为是错误电弧,事实上它们是正常的电流波行。因此,除了能分辨出“好的”电弧和“坏的”电弧外,AFCI 技术还需要能够在正常和非正常情况下迅速、有效地提供保护,同时防止错误动作的发生。

AFCI技术在家电领域的应用是由UL 1699标准来规范的。UL 1699发展于上世纪90年代, 用以识别由过电流产生的电弧而造成的家庭火灾。传统的断路器可以对过电流提供保护, 然而研究发现,在没有过电流发生的情况下由小电流引起的错误电弧也有足够的能量引发打火从而引起火灾。

UL1699最初是用于规范AFCI技术在家用断路器、墙式安装插座、以及便携式AFCI插座的应用。关于断路器的规范可分为两部分:针对支路分配的基本要求和针对组合器件的严格要求。今天许多最早符合UL1699标准的家用断路器已不能满足现今的标准,这是因为早先的技术已不能满足越来越严格的UL1699要求,尤其对各种不同的负载所产生的非错误电弧不能有误动作这一点有更严格的要求。

UL1699的规范可分成三种电弧测试方式:电弧检验测试,误动作测试和负载起动测试。最初UL1699起草时,重点是防止普通负载(如电机、灯、电子控制系统等)在非错误电弧发生时的误动作。如今随着AFCI技术强制在家用空调电源插头上的应用,使得AFCI技术既要能符合UL1699的安全规范,同时又要能满足空调运行条件的要求(我们称之为产品适用性),虽然目前UL1699对于产品适用性这一点并无要求,但在产品实际使用中这一点却非常重要。

此外,目前一些已出现的新型负载和操作条件已经被发现但并未列入UL1699标准内,如电源线连接装置、风扇速度控制器和其他一些应用。这也对AFCI技术在适用性方面提出了更高的要求。

在家用空调电源插头上的应用

AFCI技术在家用空调电源插头上的应用要考虑三个设计层面。首先要符合UL1699标准。然而仅仅达到UL1699的要求是不够的,如果产品在应用条件下所涉及的误动作或表现出的非期望特性,我们就不能依赖UL1699标准来衡量。

其次,UL1699标准只是安全标准,并不能覆盖所有方面,所以一个带有AFCI保护电源插头产品的设计者需要确定他的设计要满足家电产品的“适用性”。这不仅包括针对具体使用AFCI插头的家用电器进行测试,还要包括AFCI产品与家用电器连接后实际使用时的测试。

最后,从一个好设计的实用角度来看,带有AFCI功能的电源插头既要能满足并超越UL1699的标准,而且在实际的应用过程中还要满足“适用性”测试,这样的产品才能给用户带来即安全又可靠的保证。

AFCI技术的设计者如何才能完成这些要求呢? 对家用空调的电源插头来说,符合UL1699的标准是必须的。我们可以发现有许多有关电弧检测方面的专利,实际上电弧检测是非常容易的工作,但真正的挑战是如何能区分“好的”和“坏的”电弧,并且不发生误动作。理想情况下,AFCI算法的灵敏度不仅可以通过UL1699 的基本要求,而且还要有足够的能力对不安全电弧提供最快速的检测。由于对不同电弧的感应能力和有害电弧的辨别能力有严格的要求,目前许多AFCI技术只是仅仅满足UL1699 的部分要求。虽然一些AFCI技术能够通过UL1699,但在实际的应用过程中,对于不同的电弧的检测可能会表现不够稳定或者不能对有害电弧做出最快速的检测和预防,显得很“脆弱”。

因此,美国德州仪器公司认为,带有AFCI功能的电源插头除了能满足UL1699标准外,还要能适用于不同的家用空调设计,这是一个非常严峻的挑战,它超越了UL1699标准,在实际的使用中非常重要。AFCI 电源插头的设计者不仅要对家用电器的工作原理和条件非常熟悉,而且他们还必须考虑不同电器制造商的众多型号和规格。首先,一个 AFCI 电源插头的设计者必须要参照UL1699标准,决定采取什么的样测试项目用于测试替代空调器的负载。请记住,标准的UL1699 测试项目与家用空调是没有任何关系的,即使NEC标准要求所有的家用空调制造商在2004年8月1日后对其生产的空调的电源插头部分要带有AFCI保护(参考UL484标准)。要完成此任务,逻辑上要使用一些标准负载代替家用空调来做UL1699的测试。例如:美国德州仪器公司针对空调器重新采用了不同的UL1699测试项目,用于替代家用空调的特定负载上(例如吸尘器等)。由于不同的空调的信号参数变化非常大,美国德州仪器公司针对不同制造商生产的不同规格的空调来做测试,其电流范围包括15A~35A@115VAC/240VAC,制冷量包括6,000BTU~14,500BTU。

此外, 美国德州仪器公司已经和众多空调制造商一起合作,来理解任何可能会影响AFCI电源插头性能的情况。通过这种合作,我们了解到,当转换空调机械控制开关的位置时所产生的电弧(“好的”电弧),会引起一些AFCI装置的误动作,使其切断电源自动关闭空调。这是因为每一次开关变换位置时,会产生一系列触头断开和闭合的动作,由此而产生了电弧(“好的”电弧)。空调功率的大小直接与在控制开关转动时AFCI插头如何判断而不产生误动作有关。我们发现,即使是小功率的空调,当快速地旋转转速控制开关时(正如你在夏天到一个热的房间会把空调开到最大), 会使得其他一些的AFCI产品产生误动作。这也就很容易使得空调使用者误认为空调有问题而要求返修或退货。

AFCI性能面面观

从一些空调制造商那里,我们了解到,许多在空调内产生的电弧(进而导致火灾)是与空调内的接线有关。实际上,美国消费者协会(CPSC)和一家空调制造商最近为此还召回了一批产品。在UL484中所提供的技术目前还不能对这种出现在空调内的电弧提供保护,他们只是提供电器线束的集成保护;而AFCI技术却能提供这种电弧保护。

在AFCI开发过程中,另一个很重要的要求是抗电磁干扰(EMI)的能力,例如,在许多家庭中一些电源通信设备可能引发的电磁干扰等。所以,可靠性的设计还应该考虑AFCI的性能和电源插头的电子机械属性。AFCI技术能够满足AFCI技术的所有测试要求,包括电弧的检测、UL1699标准规定以外的对误动作的抗干扰能力,以及对可能加入UL1699新版本的新型负载的兼容性。

例如,带AFCI功能的电源插头可以检测到类似0.5A的那样微弱的电弧。此外,AFCI技术还能确保对于两种不同的新型风扇速度控制器负载不发生误动作,而当前的一些家用AFCI断路器对于这些负载已发现有误动作现象。预计在新版的UL1699标准里会要求AFCI装置在此类负载状态下不能有误动作。

另外,电源插头的电子机械属性方面也应该做的更可靠。为此我们需要特别关注一下AFCI电源插头的机械触头系统(脱扣装置的一部分)。不良的机械触头系统会导致电源插头的故障。特别是在要求插头重复分断大电流的点接触测试(切断电源线测试)和相似的电弧测试时,机械触头系统的性能要被充分地考虑进去。如果机械触头系统设计不好的话,这些大电流可能会导致触头粘住、腐蚀,甚至出现严重的事故。美国德州仪器公司已在许多竞争对手的相似产品中发现此类问题。

最后,电源插头需要带有一个指示灯。否则,就不可能知道插头是否已经动作。这是一个必须的功能,不然的话空调使用者就无法知道空调是否在工作。

所以说,美国德州仪器公司所开发的AFCI技术是一个比较完善的设计,设计人员采用了许多测试方法来确保AFCI的算法能可靠的检测电弧和防止误动作,并针对空调技术及其应用要求采用了部分超越UL1699标准的测试手段来确保产品的“适用性”。而且AFCI技术还充分的考虑了产品电子机械属性和产品外形的美观等要求,为很多使用者提供了便捷、易于搭配的产品。

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