莊少紅，譚耀堂，黃嘉彬，陳俊軍

（威凱檢測(cè)技術(shù)有限公司，廣州 510663）

前言

電機(jī)產(chǎn)品的研發(fā)通?？紤]到的是功率、尺寸、轉(zhuǎn)速、能效效率等作為主要參數(shù)，而往往會(huì)忽視電機(jī)外殼的防護(hù)能力重要環(huán)節(jié)。電機(jī)外殼設(shè)計(jì)是電機(jī)安全性能提升的重要環(huán)節(jié)，作為廠家需著重關(guān)注。目前，針對(duì)旋轉(zhuǎn)電機(jī)整體結(jié)構(gòu)的防護(hù)等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)主要是GB/T 4942-2021《旋轉(zhuǎn)電機(jī)整體結(jié)構(gòu)的防護(hù)等級(jí)（IP 代碼）分級(jí)》。

市面上絕大多數(shù)小功率電機(jī)未標(biāo)IP等級(jí)，很大程度上是因?yàn)楣ぷ鳝h(huán)境不需要達(dá)到IP等級(jí)要求，通常結(jié)合在整機(jī)上使用的電機(jī)，會(huì)根據(jù)整機(jī)使用的工作環(huán)境達(dá)到特定的IP等級(jí)，以便整機(jī)產(chǎn)品更容易通過(guò)IP測(cè)試。比如空調(diào)器室外機(jī)用的電機(jī)，建筑物外部換氣扇用的電機(jī)，這類型整機(jī)在家電產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定至少達(dá)到IPX4等級(jí)要求。電機(jī)必須充分考慮到工作環(huán)境和使用要求，以便設(shè)計(jì)和選用具有適當(dāng)外殼防護(hù)等級(jí)產(chǎn)品，而不是盲目的追求更高的防護(hù)等級(jí)，更高的防護(hù)等級(jí)意味著對(duì)外殼的材料和加工工藝也相應(yīng)有更高的要求，生產(chǎn)成本也會(huì)隨之增加。

1 標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)容概述

GB/T 4942-2021《旋轉(zhuǎn)電機(jī)整體結(jié)構(gòu)的防護(hù)等級(jí)（IP代碼） 分級(jí)》規(guī)定了旋轉(zhuǎn)電機(jī)整體結(jié)構(gòu)各個(gè)防護(hù)等級(jí)的含義、標(biāo)志方法、試驗(yàn)方法和認(rèn)可條件要求。總的來(lái)說(shuō)一方面是為了防異物的進(jìn)入以及防直接或間接接觸危險(xiǎn)部件，另一方面是防水的測(cè)試。使用代碼字母IP、第一位表征數(shù)字、第二位表征數(shù)字、或補(bǔ)充字母表示，補(bǔ)充字母是在增加防護(hù)內(nèi)容時(shí)使用，在IP第二位表征數(shù)字后表示，IP代碼（含補(bǔ)充字母）標(biāo)志示例如圖1所示。

圖1 IP代碼（含補(bǔ)充字母）標(biāo)志示例

2 電機(jī)整體結(jié)構(gòu)的各級(jí)防護(hù)等級(jí)解讀

2.1 第一位表征數(shù)字代表的防護(hù)等級(jí)的含義

第一位表征數(shù)字主要分為了以下兩方面的防護(hù)：

1）對(duì)于接近危險(xiǎn)部件的防護(hù)：主要是為了人體的某一部分（例如手指）、手持的物棒與電機(jī)內(nèi)部導(dǎo)電或轉(zhuǎn)動(dòng)部件之間保持足夠的間隙，避免人體造成觸電或機(jī)械傷害。

2）對(duì)于固體異物進(jìn)入的防護(hù)：主要是為了防止外界固體異物進(jìn)入殼內(nèi)，避免對(duì)電機(jī)正常運(yùn)行造成影響，例如外界粉塵、固體異物的進(jìn)入可能會(huì)引發(fā)短路、擊穿和運(yùn)動(dòng)部件卡死等設(shè)備故障的情況。

第一位表征數(shù)字總共分為0至6級(jí)的防護(hù)等級(jí)，在表1里清楚的描述了其代表的防護(hù)等級(jí)的含義。

表1 關(guān)于第一位表征數(shù)字表示的防護(hù)等級(jí)含義

2.2 第二位表征數(shù)字代表的防護(hù)等級(jí)的含義

第二位表征數(shù)字的防護(hù)主要是為了防止水的侵害，水的進(jìn)入可能會(huì)導(dǎo)致絕緣性能下降，造成電路故障、短路等安全隱患。總共分為0至9級(jí)的防水等級(jí)，在表2里清楚的描述了其代表的含義。

表2 關(guān)于第二位表征數(shù)字表示的防護(hù)等級(jí)的含義

2.3 電機(jī)外風(fēng)扇防護(hù)罩的防護(hù)要求

對(duì)于備有外風(fēng)扇防護(hù)罩的旋轉(zhuǎn)電機(jī)，如圖2，為了防止觸碰到外風(fēng)扇的葉片和輪輻等危險(xiǎn)部件（光滑部件除外），外風(fēng)扇防護(hù)罩需要符合相應(yīng)的防護(hù)等級(jí)要求，例如IP第一位表征數(shù)字為1的電機(jī)，其防護(hù)罩則要進(jìn)行50 mm試球試驗(yàn)；IP第一位表征數(shù)字為2至6的電機(jī)，其防護(hù)罩要進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)試指試驗(yàn)。

圖2 電機(jī)外風(fēng)扇防護(hù)罩(白框所示)

2.4 電機(jī)泄水孔的防護(hù)要求

對(duì)于備有泄水孔的電機(jī)，如圖3，為了防止電機(jī)內(nèi)部積水而減少繞組和裸露的帶電部件對(duì)地的電氣間隙和爬電距離，該泄水孔需要達(dá)到不同等級(jí)的防異物進(jìn)入和防觸及轉(zhuǎn)動(dòng)部件的要求，例如產(chǎn)品安裝說(shuō)明書規(guī)定了正常使用時(shí)泄水孔是開啟的，進(jìn)行IP 試驗(yàn)時(shí)也保持開啟狀態(tài)，如果泄水孔沒有配備安裝呼吸閥或堵頭等，泄水孔視作開啟狀態(tài)進(jìn)行IP 試驗(yàn)；對(duì)IP第一位表征數(shù)字為3或4且開啟的泄水孔，其泄水孔則要進(jìn)行IP2X等級(jí)試驗(yàn)；對(duì)IP第一位表征數(shù)字為5開啟的泄水孔，其泄水孔則要進(jìn)行IP4X等級(jí)試驗(yàn)。

圖3 電機(jī)底部泄水孔(白框所示)

3 試驗(yàn)方法概述

本標(biāo)準(zhǔn)從電機(jī)外殼防護(hù)等級(jí)的各級(jí)試驗(yàn)條件上，分別從試驗(yàn)用設(shè)備、試驗(yàn)方法、合格依據(jù)等方面給出了相應(yīng)的規(guī)定。

比如IP第一位表征數(shù)字試驗(yàn)用到的不同尺寸的試具，是用來(lái)檢驗(yàn)電機(jī)外殼的各個(gè)防護(hù)等級(jí)，并施加一定的力來(lái)檢驗(yàn)距離危險(xiǎn)部件是否有足夠間隙。其中IP第一位表征數(shù)字為1、2、3、4的試具，分別為直徑50 mm剛性試球、直徑12 mm長(zhǎng)80 mm金屬試指以及直徑12.5 mm的剛性試球、直徑2.5 mm硬鋼絲、直徑1.0 mm硬鋼絲。對(duì)于IP第一位表征數(shù)字為5和 6的防塵試驗(yàn)則使用防塵箱進(jìn)行，注意電機(jī)的外殼均屬于第一種類型的外殼，需用真空泵抽氣使電機(jī)殼內(nèi)氣壓低于環(huán)境氣壓；IP第二位表征數(shù)字的防水試驗(yàn)分別使用滴水裝置、擺管、手持式淋水噴頭、標(biāo)準(zhǔn)噴嘴、 潛水箱、扇形噴嘴等設(shè)備進(jìn)行。試具用力、設(shè)備的尺寸在標(biāo)準(zhǔn)里有具體的規(guī)定，本文不在此作詳細(xì)描述。

下面對(duì)電機(jī)的外殼防護(hù)測(cè)試中需要注意的要點(diǎn)進(jìn)行說(shuō)明，例如：

1）電機(jī)的防水或防塵試驗(yàn)應(yīng)在GB/T 2421.1-2008規(guī)定的試驗(yàn)用標(biāo)準(zhǔn)大氣環(huán)境條件下進(jìn)行，以保證試驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性和可溯源性；

2）電機(jī)應(yīng)保持清潔的、完好的，所有部件都應(yīng)按照銘牌或說(shuō)明書上預(yù)定的安裝方式進(jìn)行安裝到位；

3）除防塵試驗(yàn)外，進(jìn)行IP第一位表征數(shù)字試驗(yàn)時(shí)應(yīng)注意選擇正確的試具和試驗(yàn)用力；

4）防塵試驗(yàn)需要確認(rèn)防塵箱抽氣量（至少為80倍殼內(nèi)空氣體積）、壓差（不超過(guò)2 kPa）、試驗(yàn)時(shí)間等參數(shù)的具體要求，另注意防塵箱使用的滑石粉要用75 μm寬度的篩網(wǎng)過(guò)濾，每立方米防塵箱內(nèi)體積的滑石粉用量為2 kg，且使用次數(shù)不超過(guò)20 次；

5）IP第二位表征數(shù)字的防水試驗(yàn)需確認(rèn)電機(jī)安裝方式、試驗(yàn)方向、水流量、水壓、樣品溫度（IPX7試驗(yàn)水與電機(jī)的溫差不大于5 K）、水溫（IPX9試驗(yàn)水溫為（80 ±5）℃）、試驗(yàn)時(shí)間等參數(shù)的具體要求。

4 認(rèn)可條件概述

認(rèn)可條件是判定各級(jí)防護(hù)等級(jí)試驗(yàn)合格的依據(jù)。

IP第一位表征數(shù)字同時(shí)滿足對(duì)防止接近危險(xiǎn)部件和防止固體異物進(jìn)入可判定為合格，其中對(duì)防止接近危險(xiǎn)部件的認(rèn)可條件是：標(biāo)準(zhǔn)試具與危險(xiǎn)部件之間有足夠的間隙，不同額定電壓的電機(jī)對(duì)于“足夠的間隙”的含義也不同，例如：①交流不超過(guò)1 000 V，直流不超過(guò)1 500 V的低壓電機(jī)，試具不能觸及帶電或轉(zhuǎn)動(dòng)部件（光滑轉(zhuǎn)動(dòng)部件除外）；②交流超過(guò)1 000 V，直流超過(guò)1 500 V的高壓電機(jī)，試具置于最接近殼內(nèi)帶電部件的位置，通過(guò)測(cè)試試具與殼內(nèi)帶電部件之間的耐電壓試驗(yàn)來(lái)判定。

對(duì)防止固體異物進(jìn)入的防護(hù)等級(jí)，IP第一位表征數(shù)字為1、2、3、4的認(rèn)可條件是:試具的直徑不能進(jìn)入殼內(nèi)；IP第一位表征數(shù)字為5的認(rèn)可條件為：滑石粉積聚的量和部位如同一般塵埃積聚的情況一樣不足以影響電機(jī)的正常，也不會(huì)影響爬電距離；IP第一位表征數(shù)字為6的防塵試驗(yàn)認(rèn)可條件為：試驗(yàn)后電機(jī)內(nèi)部無(wú)滑石粉進(jìn)入。

IP第二位表征數(shù)字對(duì)防止水進(jìn)入的防護(hù)等級(jí)，認(rèn)可條件是：電機(jī)的進(jìn)水量不能影響電機(jī)的正常運(yùn)行；電機(jī)內(nèi)的積水不能浸及繞組和帶電部件；有排水措施的電機(jī)，允許水沿軸端漏入，對(duì)于沒有排水措施的電機(jī)應(yīng)不允許水沿軸端漏入，這會(huì)使電機(jī)存在很大的安全隱患。

5 常見的不合格案例分析及整改措施

5.1 電機(jī)常見不合格案例有以下情況

1）泄水孔不合格問題

某企業(yè)設(shè)計(jì)的電機(jī)進(jìn)行IP55試驗(yàn)不合格。試驗(yàn)后，經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)有塵、水從底部的泄水孔進(jìn)入內(nèi)部電極板上，由于泄水孔沒有安裝堵頭，泄水孔試驗(yàn)時(shí)視作開啟狀態(tài)，導(dǎo)致電機(jī)底部的泄水孔不符合IP4X試驗(yàn)，直徑1 mm試驗(yàn)針施加（1±0.1）N的力能進(jìn)入泄水孔內(nèi)部，如圖4。整改措施建議：增加堵頭堵住泄水孔，并在說(shuō)明書中注明電機(jī)運(yùn)行中泄水孔處于關(guān)閉狀態(tài)；或取消底部的泄水孔。

圖4 外殼防護(hù)IP55試驗(yàn)不合格

2）外風(fēng)扇防護(hù)罩不合格問題

電機(jī)外風(fēng)扇防護(hù)罩的試驗(yàn)要求往往是最容易被企業(yè)忽略的。對(duì)于外風(fēng)扇防護(hù)罩的試驗(yàn)，如圖5進(jìn)行的試指試驗(yàn)，罩體邊沿存在較大間隙，導(dǎo)致試指觸碰到風(fēng)葉危險(xiǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)部件，IP測(cè)試不合格。整改措施建議：將外風(fēng)扇防護(hù)罩適當(dāng)往前移，減小間隙空間，使標(biāo)準(zhǔn)試指不能完全進(jìn)入；或適當(dāng)改小風(fēng)葉尺寸。

圖5 試指觸碰到電機(jī)風(fēng)葉

3）接線盒進(jìn)水問題

某廠家生產(chǎn)的接線盒的接合面處呈拱形狀，導(dǎo)致與接線盒的端蓋接觸面太小，如圖6。進(jìn)行IPX5或IPX6的噴水試驗(yàn)時(shí)，容易承受不住一定水壓的沖擊進(jìn)水。整改措施建議：把接線盒的上沿改寬、平，以此來(lái)增大與上端蓋的接觸面積，同時(shí)在接合面處增加膠墊（圈）壓緊。

圖6 電機(jī)接線盒進(jìn)水位置(箭頭所示)

4）電源引出線端口進(jìn)水

電機(jī)的電源引出線孔的防水接頭與端口無(wú)墊圈壓緊，當(dāng)防水接頭尺寸與孔不完全吻合時(shí)，防水測(cè)試時(shí)容易導(dǎo)致水從該處滲入。整改措施建議：電源引出線的防水接頭與端口前后接合面增加橡膠墊片，配有鎖緊螺母鎖緊密封，如圖7。建議使用具有一定耐老化、耐磨性能的膠墊片。

圖7 防水接頭處增加橡膠墊片(白圈所示)

5）軸端進(jìn)水問題

對(duì)于電機(jī)軸端進(jìn)水，在進(jìn)水量很少的情況下，可建議廠家采取軸承處油封設(shè)計(jì)，基本可防止水或塵沿軸端滲入，或者在不影響運(yùn)轉(zhuǎn)性能的情況下，外加密封膠圈套在電機(jī)出軸端上，如圖8。若電機(jī)軸端縫隙較大、進(jìn)水量較多時(shí)，則需重新改模。

圖8 電機(jī)進(jìn)水位置整改措施

5.2 防水防塵整改

防水防塵整改一般做法是提高外殼密封性，但也可從電機(jī)內(nèi)部的帶電部件采用絕緣隔絕方式，例如某電機(jī)產(chǎn)品內(nèi)部元器件采用一種“氣相沉積”技術(shù)涂層絕緣，灌封一種絕緣性能較好的材料以達(dá)到防止水、塵的損害，如圖9。

圖9 絕緣灌封部位(白框所示)

6 結(jié)束語(yǔ)

本文通過(guò)對(duì)電機(jī)整體結(jié)構(gòu)的防護(hù)等級(jí)要求解讀和常見問題的分析，并提出一些解決方案。使研發(fā)人員充分了解電機(jī)設(shè)計(jì)防護(hù)能力的要求，提升電機(jī)產(chǎn)品質(zhì)量可靠性，避免盲目地選取較高的嚴(yán)酷等級(jí)造成試驗(yàn)的不通過(guò)。同時(shí)在檢驗(yàn)電機(jī)的過(guò)程中需要試驗(yàn)人員的嚴(yán)謹(jǐn)細(xì)致，充分的理解標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)容，并運(yùn)用正確的測(cè)試方法以得到準(zhǔn)確的結(jié)果。