GB/T 2099.3-2015中14.23.2條款插頭附加力矩量規(guī)設(shè)計

江朝軍 劉水強 蔡軍 李忠耀 劉 陽 陳 鵬

（1.公牛集團股份有限公司 慈溪 315314； 2.中國質(zhì)量認(rèn)證中心 北京 100000；3.中國電器科學(xué)研究院股份有限公司 廣州 510300）

引言

GB/T 2099.1-2021[1]《家用和類似用途插頭插座 第1部分：通用要求》已于2021年10月11日發(fā)布，而標(biāo)準(zhǔn)GB/T 2099.3正處于新版本的起草階段，本文想通過對附加力矩量規(guī)的研究結(jié)果，推薦給標(biāo)委會引入一種量規(guī)，用來測試本標(biāo)準(zhǔn)中第14.23.2條款中的“力矩”試驗。

1 研究背景

1.1 標(biāo)準(zhǔn)背景

目前我國現(xiàn)行轉(zhuǎn)換器產(chǎn)品國家推薦性標(biāo)準(zhǔn)為GB/T 2099.3-2015[2]；在本標(biāo)準(zhǔn)第14.23.2條款中，要求轉(zhuǎn)換器要進行“力矩”試驗。并明確，要采用滿足標(biāo)準(zhǔn)要求的插頭進行相應(yīng)的試驗。同時，在本條款注2中明確“代替相應(yīng)的插頭和線纜的量規(guī)，正在考慮中?！?/p>

而國際上，針對轉(zhuǎn)換器產(chǎn)品的力矩試驗，有部分國家標(biāo)準(zhǔn)，明確了附加力矩試驗用量規(guī)。分別是BS 1363-3:2018[3]和 NF C 61-314:2017[4]，其中，BS 1363-3標(biāo)準(zhǔn)在1995版本中附加力矩測試已有量規(guī)測試的要求，NF C 61-314:2008版本中BB 14.23.2注2中描述：正在研究一種量規(guī)，以取代相應(yīng)的插頭和軟纜，隨后在NF C 61-314:2010版本中BB 14.23.2已增加附加力矩測試量規(guī)。

1.2 現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)換器力矩試驗情況說明

GB/T 2099.3標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：“轉(zhuǎn)換器的每個插座應(yīng)先插合相應(yīng)的插頭，插頭帶有一根長1 m、符合60227 IEC 53 （RVV）標(biāo)準(zhǔn)的圓軟纜，其標(biāo)稱橫截面積為0.75 mm2?！鞭D(zhuǎn)換器力矩試驗要配有標(biāo)稱橫截面積為0.75 mm2軟纜的插頭插入轉(zhuǎn)換器進行試驗。插頭的質(zhì)量與插頭外形帶來的“力臂”，將對試驗結(jié)果產(chǎn)生影響。由于我國插頭插座標(biāo)準(zhǔn)的歷史背景以及和插頭插座產(chǎn)品特殊的市場情況，GB/T 1002-2021[5]標(biāo)準(zhǔn)也未對插頭的外形有規(guī)定。因此在進行力矩試驗時，選擇哪一種外形和質(zhì)量的試驗插頭，可能影響試驗結(jié)果。

本文選用兩種典型試驗插頭，90 °彎插頭和180 °直插頭，對市場上常見的轉(zhuǎn)換器進行附加力矩測試對比，來驗證是否存在影響。經(jīng)過100多組的測試結(jié)果對比，得出結(jié)論：

1）多位轉(zhuǎn)換器只插入180 °直插頭測試結(jié)果如下：在“一轉(zhuǎn)二位”轉(zhuǎn)換器及以上都用180 °直插頭進行測試，市場上的轉(zhuǎn)換器基本超出現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)要求值。

2）多位轉(zhuǎn)換器只插入90 °彎插頭測試結(jié)果如下：在“一轉(zhuǎn)二位”轉(zhuǎn)換器及以上都用90 °彎插頭進行測試，市場上的轉(zhuǎn)換器90 %未超出現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)要求值。

3）多位轉(zhuǎn)換器同時插入180 °直插頭與90 °彎插頭測試結(jié)果如下：在“一轉(zhuǎn)二位”、“一轉(zhuǎn)三位”轉(zhuǎn)換器通過兩種類型的插頭組合測試，分析得出：當(dāng)轉(zhuǎn)換器上插合兩個180 °直插頭，市場上現(xiàn)有的產(chǎn)品約有87.8 %比例超出現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)要求值。

綜上所述，插頭的外形與質(zhì)量，將對試驗結(jié)果產(chǎn)生較大的影響。

2 英/法式轉(zhuǎn)換器標(biāo)準(zhǔn)力矩測試要求說明

2.1 BS 1363-3:2018標(biāo)準(zhǔn)針對轉(zhuǎn)換器的力矩測試要求

英式轉(zhuǎn)換器力矩測試要求用量規(guī)測試在BS 1363-3:1995版本中就已經(jīng)有要求，測試方法按照13.10條款進行，測試用量規(guī)按照標(biāo)準(zhǔn)Figure 35（見圖1）。附加力矩值要求不能超過0.7 N·m。英國插頭外形類型均為90 °平插頭，其量規(guī)設(shè)計均按其外形設(shè)計，量規(guī)的整體材質(zhì)采用黃銅材質(zhì)，插頭量規(guī)中R15部分是用來調(diào)節(jié)量規(guī)的扭力，M5部分是用來連接平衡配重砝碼，平衡配重砝碼B是模擬1 m 線長1.5 mm2電源線質(zhì)量，平衡配重砝碼C是模擬1 m 線長0.75 mm2電源線質(zhì)量。

BS 1363-3標(biāo)準(zhǔn)測試方法與GB/T 2099.3標(biāo)準(zhǔn)測試方法上相差比較大，其量規(guī)的設(shè)計是組合的方式，不同的插頭量規(guī)加上不同規(guī)格平衡配重砝碼，故國標(biāo)附加力矩量規(guī)的設(shè)計不參考英式附加力矩量規(guī)設(shè)計要求。

2.2 NF C 61-314:2017針對轉(zhuǎn)換器的力矩測試要求說明

NF C 61-314:2008標(biāo)準(zhǔn)中BB 14.23.2注2中要求：正在研究一種量規(guī)，以取代相應(yīng)的插頭和線纜。在下一版本NF C 61-314:2010 Annexe BB.14.23.2（見圖2）中增加了附加力矩試驗量規(guī)的尺寸、質(zhì)量的要求以及附加力矩測試裝置。附加力矩值要求不能超過0.25 N·m。法式插頭外形類型主要分為90 °彎插頭和180 °直插頭。分析其量規(guī)的尺寸及其質(zhì)量，量規(guī)主要分為插頭主體和附加配重砝碼兩部分，插頭主體部分的材質(zhì)為密度2.9 g/cm3的鋁，插頭的插銷和附加配重砝碼的材質(zhì)為密度7.85 g/cm3的鋼，其中附加配重砝碼是模擬1 m 線長0.75 mm2線纜的質(zhì)量，量規(guī)整體尺寸是模擬插頭的長度。

圖2 NF C 61-314:2010 Annexe BB.14.23.2

NF C 61-314與GB/T 2099.3均屬與采用修改IEC 60884標(biāo)準(zhǔn)，本文可以在轉(zhuǎn)換器標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計附加力矩量規(guī)時，可參考借鑒法式附加力矩量規(guī)的設(shè)計思路。

3 我國居民轉(zhuǎn)換器產(chǎn)品實際使用場景調(diào)研及驗證

3.1 家用電器插頭類型

對25戶家庭正在使用的家用電器插頭類型做了相應(yīng)調(diào)研。本次調(diào)查得出：家庭里的常見的電器主要分為33款大類，其中家用電器彎插頭約占比63.6 %，單相兩極直插頭約占比27.3 %，單相兩極帶接地直插頭約占比9.1 %，家用電器的插頭類型彎插頭占比較大。

調(diào)研顯示：

1）90 °單相兩極帶接地彎插頭使用場景相對較多；

2）180 °單相兩極帶接地直插頭的使用場景較少；

3）90 °單相兩極彎插頭使用場景較少；

4）180 °單相兩極直插頭使用場景相對較多。

3.2 我國居民轉(zhuǎn)換器產(chǎn)品實際使用場景

對家裝插座使用的高度要求做調(diào)研，轉(zhuǎn)換器的使用場景更多的是在臺面或桌面上。在臺面或桌面上使用情況下，插入轉(zhuǎn)換器的插頭的線纜會受到外力支撐，插頭軟纜對轉(zhuǎn)換器本體的“拖拽”情況較多，轉(zhuǎn)換器不易從插座中脫出，也即轉(zhuǎn)換器實際被施加的力矩值較小。

綜合家用電器插頭類型及轉(zhuǎn)換器使用場景，本文以10 A 、16 A 90 °單相兩極帶接地彎插頭、10 A 180 °單相兩極帶接地直插頭、10 A 180 °單相兩極直插頭這四類插頭作為研究對象。

4 國標(biāo)轉(zhuǎn)換器力矩試驗附加力矩量規(guī)設(shè)計思路與量規(guī)參數(shù)說明

4.1 附加力矩量規(guī)設(shè)計方案前相關(guān)驗證

“一轉(zhuǎn)二位”、“一轉(zhuǎn)三位”的轉(zhuǎn)換器是最為基礎(chǔ)、也是目前家庭常見的轉(zhuǎn)換器類型，市場數(shù)量占比約60 %以上。選用這兩種類型的轉(zhuǎn)換器進行附加力矩的驗證具有代表性。

通過上述場景調(diào)研數(shù)據(jù)可得出：轉(zhuǎn)換器中插合2個180 °直插頭，超出標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定值上限的概率約為87.8 %；因此量規(guī)設(shè)計時，應(yīng)考慮以90 °彎插頭為主，再加上一位180 °直插頭。

我國轉(zhuǎn)換器力矩試驗附加力矩量規(guī)設(shè)計時，應(yīng)考慮模擬上述插頭實際情況，綜合考慮量規(guī)的質(zhì)量以及外形。

4.2 附加力矩量規(guī)質(zhì)量參考因素——電源線部分線路參數(shù)與質(zhì)量確認(rèn)

GB/T 2099.3標(biāo)準(zhǔn)中對電源線線纜的要求為：長度1 m，符合60227 IEC 53（RVV）標(biāo)準(zhǔn)的圓軟纜，其標(biāo)稱橫截面積為0.75 mm2。依據(jù)GB/T 5023.5-2008［6］標(biāo)準(zhǔn)表9中對2×0.75 mm2線纜外形尺寸要求：下限5.7 mm，上限7.2 mm；對3×0.75 mm2線纜外形尺寸要求：下限6.0 mm，上限7.6 mm。經(jīng)過市場上此規(guī)格電源線的調(diào)研，3×0.75 mm2電源線線纜外形尺寸的均值為6.8 mm，處于標(biāo)準(zhǔn)上下限的中位值上，我們市場上隨機抽取線纜外形尺寸6.8 mm十款電源線，對其1 m線長質(zhì)量進行稱量（見表1），其平均值為64.8 g，其值近似等于法式附加力矩量規(guī)的附加砝碼質(zhì)量；2×0.75 mm2電源線線纜外形尺寸的均值為6.4 mm，處于標(biāo)準(zhǔn)上下限的中位值上，我們市場上隨機抽取線纜外形尺寸6.4 mm十款電源線，對其1 m線長質(zhì)量進行稱量（見表1），其平均值為54.2 g。

表1 計量表

因此設(shè)計轉(zhuǎn)換器力矩試驗附加力矩量規(guī)時，應(yīng)考慮一個附加砝碼，其質(zhì)量分別取65 g和55 g，用以模擬插頭的軟纜重量。

4.3 附加力矩量規(guī)質(zhì)量參考因素——插頭部分參數(shù)與質(zhì)量確認(rèn)

設(shè)計轉(zhuǎn)換器力矩試驗附加力矩量規(guī)時，同時應(yīng)考慮設(shè)計一個量規(guī)本體，用以模擬插頭本體（去掉軟纜）部分重量以及外形厚度所施加的“力臂”。

對90 °彎插頭本體（去掉軟纜）進行測量（見表2），量規(guī)主體部分質(zhì)量取40 g（最大值取整），插頭量規(guī)全長30 mm（同時與法式量規(guī)全長設(shè)計參數(shù)保持一致）。

表2 測量數(shù)量

對180 °直插頭本體（去掉軟纜）進行測量（見表3），量規(guī)主體部分質(zhì)量取40 g（最大值取整），插頭量規(guī)全長取39 mm。

表3 測量數(shù)量

4.4 附加力矩量規(guī)其他參數(shù)設(shè)計說明

1）量規(guī)中插銷尺寸參數(shù)選擇：采用GB/T 1002-2021的尺寸參考值。

2）量規(guī)外形尺寸參數(shù)選擇：單相兩極帶接地附加力矩試驗用量規(guī)外形參考GB/T 1002-2021中的圖3插頭外形示意圖；單相兩極附加力矩試驗用量規(guī)外形參考我國常見插頭外形。

圖3 驗證數(shù)據(jù)

3）量規(guī)材質(zhì)以及其他參數(shù)選擇：為使量規(guī)本體材質(zhì)耐腐蝕磨損，以及方便機械加工，量規(guī)本體材質(zhì)由鋁材和鋼材構(gòu)成，相關(guān)參數(shù)直接參考法式NF C 61-314:2017標(biāo)準(zhǔn)中 Annexe BB.14.23.2。見本文圖2中對附加力矩試驗量規(guī)的尺寸、質(zhì)量的要求。

4.5 附加力矩量規(guī)模擬測試數(shù)據(jù)與插頭測試數(shù)據(jù)分析比較

根據(jù)以上設(shè)定的量規(guī)設(shè)計參數(shù)要求，設(shè)計出首款轉(zhuǎn)換器附加力矩用插頭量規(guī)，進行附加力矩等效對比驗證，驗證數(shù)據(jù)（見圖3），并對驗證結(jié)果進行方差分析，得出P值遠小于0.05，可認(rèn)為此設(shè)計的量規(guī)代替90 °彎插頭電源線方式是可靠的。

通過以上參數(shù)要求，重新設(shè)計附加力矩插頭量規(guī)，進行附加力矩等效對比驗證，驗證數(shù)據(jù)（見圖4），并對驗證結(jié)果進行方差分析，得出P值遠小于0.05，可認(rèn)為此設(shè)計的量規(guī)代替180 °直插頭電源線方式是可靠的。

圖4 驗證數(shù)據(jù)

4.6 附加力矩量規(guī)設(shè)計方案說明

對10 A單相兩極帶接地等效量規(guī)設(shè)計方案：

1）目前第三方、企業(yè)實驗室在轉(zhuǎn)換器力矩測試過程中較少全部使用180 °直插頭進行測試；

2）經(jīng)實際使用場景調(diào)研，轉(zhuǎn)換器在使用過程中同時使用兩個或以上的180 °直插頭場景很少；

3）考慮到雖然180 °直插頭使用場景少，但也會存在，故基于90 °彎插頭和180 °直插頭在同時使用的情況比例下，設(shè)計一個量規(guī)等效來代替同時插合一個180 °直插頭和兩個90 °彎插頭場景下的量規(guī)。

結(jié)合90 °彎插頭和180 °直插頭參數(shù)，量規(guī)的全長取33 mm，其值算法是30 mm+（39 mm-30 mm）/3 mm= 33 mm。

采用相同的驗證設(shè)計思路，分別對10A兩極180 °直插頭電源線、16 A三極90 °彎插頭電源線進行分解測試，測試結(jié)果（見圖5、圖6）。

圖5 測試結(jié)果

圖6 測試結(jié)果

根據(jù)測試完成的參數(shù)，設(shè)計相對應(yīng)的量規(guī)進行附加力矩等效對比驗證，驗證數(shù)據(jù)見圖7，方差分析得出P值遠小于0.05，認(rèn)為量規(guī)代替插頭電源線的方式是可靠的。

圖7 驗證數(shù)據(jù)

綜上所述，我們通過方差分析的結(jié)果認(rèn)為，根據(jù)對應(yīng)的插頭電源線參數(shù)設(shè)計出的量規(guī)替換原有的插頭電源線的方式是可靠的。推薦在標(biāo)準(zhǔn)GB/T 2099.3的14.23.2第1段內(nèi)容之后增加：對轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)換器的每個插座應(yīng)先插合相應(yīng)的附加力矩量規(guī)（見圖8、圖9）。圖8、圖9是指標(biāo)準(zhǔn)中對應(yīng)的圖號。

圖8 第14.23.2章單項兩極附加力矩插頭量規(guī)

圖9 第14.23.2章單項兩極帶接地附加力矩插頭量規(guī)

5 結(jié)束語

結(jié)合我國現(xiàn)行轉(zhuǎn)換器國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 2099.3-2015的未來修訂方向，綜合轉(zhuǎn)換器實際使用場景和我國市場上常見插頭類型及參考國際先進試驗方法，設(shè)計出轉(zhuǎn)換器力矩試驗附加力矩量規(guī)；采用該量規(guī)進行測試，加夠保證附加力矩檢測結(jié)果的均勻性和一致性，對標(biāo)準(zhǔn)試驗方法進行有效補充，促進相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)被更廣泛的企業(yè)采納。