交流電動機(jī)電容器IEC 標(biāo)準(zhǔn)與美國、日本標(biāo)準(zhǔn)差異對比

鄭詩瑤 黃天岐 徐佳東 朱俊磊 王星龍

（嘉興威凱檢測技術(shù)有限公司 嘉興 314000）

引言

交流電動機(jī)電容器作為連接異步電動機(jī)的重要零部件而廣泛應(yīng)用，因而對其依據(jù)產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行檢測認(rèn)證有重要意義。國內(nèi)生產(chǎn)廠家在實(shí)際生產(chǎn)時，往往會希望滿足多國認(rèn)證要求。同時，滿足多國標(biāo)準(zhǔn)要求，也對產(chǎn)品質(zhì)量提出了更嚴(yán)格的要求。目前，針對這個產(chǎn)品的國內(nèi)及部分國際產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)如表1。

表1 部分國家/組織采用的交流電動機(jī)電容器現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)

大部分國家直接等同采用了IEC 標(biāo)準(zhǔn)，而日美的產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)“獨(dú)樹一幟”，與IEC 標(biāo)準(zhǔn)有一定的差異存在。作為我重要的出口國，美國和日本對該產(chǎn)品的安規(guī)要求值得研究以及汲取先進(jìn)經(jīng)驗。本文主要基于IEC 60252-1:2010+A1:2013 與UL 810 第六版和JIS C 4908:2007 的差異進(jìn)行對比。

1 IEC 與日標(biāo)差異

日本采用的現(xiàn)行交流電動機(jī)電容器標(biāo)準(zhǔn)JIS C 4908:2007（以下簡稱：日標(biāo)）是第二版，替代了JIS C 4908:1995。現(xiàn)行版本基于第一版，結(jié)合了IEC 60252-1:2001，Ed.1.0、IEC 61048:1991, Ed.1.0和IEC 61049:1991，Ed.1.0 修訂而成。從引用IEC 標(biāo)準(zhǔn)可見，日標(biāo)也綜合了電容器應(yīng)用為燈具附件的要求。針對交流電動機(jī)電容器部分內(nèi)容，因日標(biāo)參考的IEC 標(biāo)準(zhǔn)是2001 年發(fā)布的第一版，而目前IEC 標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)是2.1 版本了，其中存在一些差異。

1.1 術(shù)語部分差異

在日標(biāo)中，除了基本概念，補(bǔ)充了額定容量（rated capacity）和最大允許容量（maximum permissible capacity）這兩個概念。額定容量表示額定頻率和額定電壓施加于額定電容值時產(chǎn)生的無功功率。最大允許容量表示電容器在連續(xù)允許時不影響實(shí)際使用的容量限值，包括：①電路諧波電壓升高而容量增加；②不超過最大允許電壓但暫時過電壓導(dǎo)致容量增加；③因額定電容值正公差而容量增加。同樣，日標(biāo)也對最大允許電壓、最大允許電流、額定容值的設(shè)計溫度、密封結(jié)構(gòu)等進(jìn)行了明確規(guī)定。另外不同于IEC 的是，日標(biāo)中對安全防護(hù)等級的分類主要是有內(nèi)置保護(hù)裝置或有保護(hù)機(jī)制。

1.2 運(yùn)行條件差異

日標(biāo)除了規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)行條件外，也在第五章中規(guī)定了過負(fù)載運(yùn)行條件，見表2。

表2 電容器運(yùn)行條件差異

1.3 型式分類

IEC 對標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)的電容器一般根據(jù)設(shè)計條件及產(chǎn)品結(jié)構(gòu)來進(jìn)行分類，主要依賴于產(chǎn)品上的銘牌標(biāo)識進(jìn)行試驗條件的選擇。而日標(biāo)的型式分類更加明確，同時要以“MC”標(biāo)志來標(biāo)明該產(chǎn)品是電動機(jī)電容器。其中密封結(jié)構(gòu)分類詳見第5 條，見表3。

表3 依據(jù)芯子、密封和防護(hù)結(jié)構(gòu)以及放電電阻進(jìn)行型式分類（JISC 4908:2007 6.2 Table 2）

可以看出，IEC 具有更大的靈活性。作為國際組織，發(fā)布的標(biāo)準(zhǔn)具有更大的普適性和靈活性；而日標(biāo)因是國家標(biāo)準(zhǔn)，為滿足認(rèn)證需要，對型式分類有更詳細(xì)的規(guī)定。

1.4 額定值

IEC 和日標(biāo)一樣，需要在產(chǎn)品上體現(xiàn)額定值，以確定型式分類和試驗條件。日標(biāo)中的運(yùn)行時間等級分類及運(yùn)行溫度與IEC 有較大不同，見表4。

表4 日標(biāo)額定值（JISC 4908:2007 7 Table 3）

在日標(biāo)的第12 章節(jié)對產(chǎn)品設(shè)計和標(biāo)識做出了示范。如MCSH（1）450 V 12 μF 25D （-25～80）℃ P1 表示額定電壓450 V，額定容值12 μF、有內(nèi)置保護(hù)裝置的自愈型電動機(jī)用電容器、密封結(jié)構(gòu)（1）、預(yù)計通電運(yùn)行時間25 000 h、最低至最高允許運(yùn)行溫度（-25～80）℃。

1.5 測試項目

IEC 和日標(biāo)都對通用試驗條件做出了規(guī)定。測試項目略有不同，且IEC 對測試項目進(jìn)行了組別分類。

從表5 可見，兩個標(biāo)準(zhǔn)針對電動機(jī)電容器的測試項目基本一致，除了IEC 標(biāo)準(zhǔn)對非金屬材料有試驗要求，而日標(biāo)在第9 章中直接規(guī)定了結(jié)構(gòu)及使用材料。

表5 IEC 與日標(biāo)型式試驗及例行檢驗項目表

日標(biāo)要求外殼使用非金屬材料時厚度應(yīng)不小于0.8 mm（在特殊使用條件下可以雙方約定）。在應(yīng)用密封結(jié)構(gòu)（2）時也可以用合成樹脂薄膜或合成樹脂模塑來代替外殼，此時要求厚度也不小于0.8 mm。使用的材料都應(yīng)有良好的絕緣、耐壓和耐腐蝕性能。

1）耐壓試驗

針對耐壓試驗，IEC 和日標(biāo)的分類、測試電壓略有差別。

2）電容值測量和損耗率試驗

日標(biāo)中容值測量和損耗率測量應(yīng)在耐壓試驗后進(jìn)行。而IEC 沒有規(guī)定先后順序，一般放在幾個相關(guān)試驗后進(jìn)行。

3）絕緣電阻試驗

日標(biāo)有額外的絕緣電阻試驗。使用高絕緣電阻測試儀施加500 VDC 電壓在端子和外殼間1 min，記錄數(shù)值。如果外殼是絕緣材料，可以在外殼表面包裹金屬箔或者滴導(dǎo)電性液體，然后通過連接模擬電極和端子來進(jìn)行試驗。

表6 日標(biāo)密封方式分類（JISC 4908:2007 9.1 Table 11）

4）密封試驗

日標(biāo)中針對密封結(jié)構(gòu)（1）需要強(qiáng)制進(jìn)行的。IEC 中如果不含有液體物質(zhì)，可以不進(jìn)行密封性試驗。

日標(biāo)針對不同的最高溫度等級有不同的處理要求，以及具體規(guī)定了不同電容器體積大小的加熱時間。

5）高溫?fù)p耗率

日標(biāo)額外有進(jìn)行高溫處理后的損耗率測量。用恒溫箱或恒溫油浴缸加熱試樣，直到試樣達(dá)到最高允許運(yùn)行溫度（+5±2）℃并保持穩(wěn)定。最高允許運(yùn)行溫度不超過70 ℃的電容器加熱溫度為（75±2）℃。然后進(jìn)行損耗率測量。在幾個涉及高溫的試驗中均在試驗后要求測量該值并與初始損耗率進(jìn)行對比。IEC 中雖然沒有相關(guān)表述，但兩個標(biāo)準(zhǔn)都需要考慮產(chǎn)品在宣稱高溫下的損耗情況，以及不同介質(zhì)、引出端子結(jié)構(gòu)所引起的損耗。

6）濕熱試驗

日標(biāo)和IEC標(biāo)準(zhǔn)的濕熱處理時間和步驟有明顯不同。

表7 IEC 與日標(biāo)耐壓試驗差異

表8 IEC 和日標(biāo)濕熱試驗差異

7）耐久試驗

日標(biāo)和IEC 針對耐久性能的考核也有較大的不同，尤其是日標(biāo)，耐久試驗分為連續(xù)耐久試驗和間斷耐久試驗兩種，可根據(jù)雙方協(xié)商來要求進(jìn)行哪一種方式。其中連續(xù)耐久試驗方式與IEC 有類似之處。

而日標(biāo)中的間斷耐久試驗是間斷性地對試樣施加電壓，并根據(jù)通電運(yùn)行等級不同而規(guī)定了相應(yīng)的測試循環(huán)。施加2 s 的電壓，停止施加電壓2 s，如此為一個循環(huán)，每分鐘要進(jìn)行15 次循環(huán)。完成5 000 次循環(huán)時測量電容值和損耗率作為初始值；整個試驗完成后再分別測量并計算變化率。

在日標(biāo)附錄JA 中指出，IEC 標(biāo)準(zhǔn)中耐久試驗不符合日本實(shí)際應(yīng)用情況，也比較嚴(yán)酷，因此日本根據(jù)終端應(yīng)用設(shè)備的情況重新設(shè)計了耐久試驗。

8）自愈試驗

針對自愈試驗，IEC 標(biāo)準(zhǔn)和日本基本步驟相同，電壓值和合格判定略有不同。

9）安全性試驗/破壞試驗

表9 IEC 和日標(biāo)連續(xù)耐久試驗差異

表10 IEC 和日標(biāo)自愈試驗差異

日標(biāo)中的安全性試驗和IEC 標(biāo)準(zhǔn)中的破壞試驗有略微差異，源自兩個標(biāo)準(zhǔn)對于防護(hù)要求的區(qū)別。其中IEC標(biāo)準(zhǔn)區(qū)分S0、S1、S2、S3 這幾個等級，是以運(yùn)行防護(hù)情況區(qū)分。日標(biāo)分為無保護(hù)、有內(nèi)置保護(hù)裝置和保護(hù)機(jī)制這三種，是以結(jié)構(gòu)來區(qū)分。內(nèi)置保護(hù)裝置指金屬化電容器內(nèi)有裝置能夠提高安全性，有非正常情況發(fā)生時能夠切斷電容器與電源的連接。而保護(hù)機(jī)制指金屬化電容器中的芯子具備在非正常情況發(fā)生時能夠切斷電容器與電源連接的功能。日標(biāo)中內(nèi)置保護(hù)裝置的電動機(jī)電容器的安全性試驗方法根據(jù)IEC 61048 的B 類電容器破壞試驗對IEC 60525-1 中S1、S2 適用的破壞試驗方法進(jìn)行了調(diào)整。有保護(hù)機(jī)制的電容器測試方法僅在日標(biāo)體現(xiàn)。

10）機(jī)械性能試驗

機(jī)械性能要求兩個標(biāo)準(zhǔn)基本一致，除了因本身設(shè)計結(jié)構(gòu)不同導(dǎo)致的差異以及日標(biāo)某些試驗會更加明確及嚴(yán)酷。其中引出端子強(qiáng)度均參考IEC 60068-2-21（其中JIS C 60068-2-21 等同于IEC 60068-2-21）；錫焊試驗均參考IEC 60068-2-20（其中JIS C 60068-2-20 等同于IEC 60068-2-20）；振動試驗均參考IEC 60068-2-6（其中JIS C 60068-2-6 等同于IEC 60068-2-6）。

2 IEC 與美標(biāo)差異

對于交流電動機(jī)電容器，美國目前采用的標(biāo)準(zhǔn)是UL 810（以下簡稱：美標(biāo)）第六版中的第一部分。與IEC 標(biāo)準(zhǔn)相比，UL 標(biāo)準(zhǔn)有較大的差異，評估角度和要求不同。同時因UL 對零部件管控較嚴(yán)，認(rèn)證時如塑料材料、接線端子都需要提供已獲UL 認(rèn)證的產(chǎn)品參數(shù)信息，以及電容器成品應(yīng)提供尺寸信息。根據(jù)UL810 標(biāo)準(zhǔn)的第一部分，電動機(jī)電容器一般根據(jù)性能和結(jié)構(gòu)可以進(jìn)行以下兩種：結(jié)構(gòu)審核類型和內(nèi)部保護(hù)類型。其中結(jié)構(gòu)審核類型不具備內(nèi)部異常短路時的保護(hù)能力，而內(nèi)部保護(hù)類型則有最大故障電流（AFC）保護(hù)能力。美標(biāo)與IEC 標(biāo)差異如下。

2.1 測試項目

因考察角度不同，及認(rèn)證需要的不同，兩個標(biāo)準(zhǔn)測試項目以及制造商例行檢驗項目不盡相同。

表11 IEC 和日標(biāo)機(jī)械性能試驗差異

表12 IEC 和美標(biāo)測試項目表

2.2 零部件要求

美國對零部件有著非常嚴(yán)格的規(guī)定，在標(biāo)準(zhǔn)中對材料做出了明確規(guī)定，且基本要求使用已獲UL 認(rèn)證或已通過UL 相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)測試的零部件，可以免去部分測試。IEC 標(biāo)準(zhǔn)中并沒有明確指出產(chǎn)品零部件所要滿足的基本要求，但作為CB 認(rèn)證的依據(jù)，報告中應(yīng)體現(xiàn)關(guān)鍵零部件清單。以塑料材料為例，UL 標(biāo)準(zhǔn)要求滿足第6 節(jié)，如果應(yīng)用于外殼，還需同時滿足4.3 條款。標(biāo)準(zhǔn)要求塑料材料已通過UL94《設(shè)備零部件的塑料材料可燃性試驗》、UL746B《聚合物-長期性能評價》、UL746C《聚合物-用于電氣設(shè)備評估》等相關(guān)材料性能評估標(biāo)準(zhǔn)。因此，做UL 認(rèn)證時選擇并購買合適的UL 認(rèn)證材料往往會耗費(fèi)一定的精力。而CB 認(rèn)證中是通過各類測試側(cè)面反映產(chǎn)品關(guān)鍵零部件是否能夠滿足標(biāo)準(zhǔn)要求，且認(rèn)可的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)是全球范圍，因此應(yīng)用更加廣泛。在實(shí)際認(rèn)證及生產(chǎn)時應(yīng)充分考慮終端應(yīng)用產(chǎn)品，選擇符合標(biāo)準(zhǔn)的零部件。

2.3 機(jī)械性能要求

兩個標(biāo)準(zhǔn)都對線狀引出端子的拉力強(qiáng)度做出了要求，且都以垂直于出線表面的方向施加力。UL 標(biāo)準(zhǔn)要求的力值比IEC 標(biāo)準(zhǔn)嚴(yán)格，且要求六個試樣全部通過。

2.4 故障電流耐受

故障電流試驗是UL810 針對宣稱最大故障電流（AFC）所設(shè)定的，即電容器在內(nèi)部故障電流經(jīng)過時或壽命達(dá)到時有保護(hù)能力。標(biāo)準(zhǔn)通過（5～10 000）A 進(jìn)行分組測試。只有通過該項測試才能在產(chǎn)品上宣稱AFC。針對這項性能，IEC 標(biāo)準(zhǔn)主要通過耐久性試驗來驗證經(jīng)過長期壽命老化后電容器不會失效。美標(biāo)的AFC 分級與IEC 標(biāo)準(zhǔn)中的防護(hù)等級有著本質(zhì)區(qū)別，但兩個標(biāo)準(zhǔn)可互相補(bǔ)充。

3 結(jié)語

本文對交流電動機(jī)電容器的IEC 標(biāo)準(zhǔn)、日本標(biāo)準(zhǔn)和美國標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了對比，可以發(fā)現(xiàn)日標(biāo)是基于IEC 標(biāo)準(zhǔn)并結(jié)合國情制定而成的，而美標(biāo)是本國特有的安全評估標(biāo)準(zhǔn)。三個標(biāo)準(zhǔn)之間存在很多差異，體現(xiàn)了國際標(biāo)準(zhǔn)和國家標(biāo)準(zhǔn)的適用性差異，但是兩者都服務(wù)于產(chǎn)品的安全性能評估。在實(shí)際生產(chǎn)和終端應(yīng)用中，制造商可以結(jié)合多個標(biāo)準(zhǔn)的測試要求，從不同維度評估產(chǎn)品的質(zhì)量。