簡析電阻法測量變壓器繞組溫升

余元駿 周 平 陳海燕

（1.重慶醫(yī)療器械質(zhì)量檢驗中心 400023； 2.重慶醫(yī)療器械質(zhì)量檢驗中心 400023；3.重慶醫(yī)療器械質(zhì)量檢驗中心 400023）

0 引言

目前，變壓器作為傳遞電壓及功率的關(guān)鍵元器件已被廣泛應(yīng)用于家電產(chǎn)品、消費(fèi)類電子產(chǎn)品、信息技術(shù)產(chǎn)品等產(chǎn)品中，而隔離變壓器由于其電氣隔離作用則被廣泛的應(yīng)用于醫(yī)用電氣設(shè)備中。

由于變壓器在短路或長時間過載工作時會產(chǎn)生大量的熱量，從而會導(dǎo)致絕緣失效而引發(fā)觸電危險和著火危險，因此，對于在患者環(huán)境內(nèi)使用的醫(yī)用電氣設(shè)備對變壓器的安全則有更高的要求，變壓器溫升的測量成為了變壓器性能考核指標(biāo)中一個必不可少的項目，在GB 9706.1、GB 4706.1、GB 8898和GB 4943等標(biāo)準(zhǔn)中都具有該項性能指標(biāo)的檢測要求。

變壓器溫升試驗具有一定的復(fù)雜性和不確定度，本文以近期CNAS實驗室能力驗證的變壓器繞組溫升測試比對試驗為例，就電阻法測試變壓器繞組溫升試驗進(jìn)行介紹交流。

1 電阻法測量變壓器溫升的優(yōu)勢

電阻法是基于金屬導(dǎo)體的電阻值隨溫度升高而增加的特性來進(jìn)行溫度測量的，其主要特點是測量精度高，性能穩(wěn)定，所測得的溫升為繞組的平均溫升，而采用非接觸式的紅外測溫儀法和在變壓器表面布點的熱電偶法則只能對變壓器表面溫升進(jìn)行測量，并不能代表變壓器整個繞組的溫升情況，而且此兩種方法測量誤差較大，對環(huán)境要求極高，只能作為變壓器溫升測試過程中的輔助手段，起到粗略的溫度監(jiān)測作用，而電阻法則有效避免了這些問題，成為目前最常用的一種溫升檢測方法。

2 電阻法測試變壓器繞組溫升的步驟

以一次CNAS實驗室能力驗證的變壓器繞組溫升測試比對試驗為例，樣品為中國家用電器研究院提供：

此次試驗樣品為1個一般用途安全隔離變壓器，額定值為初級： 220V～ 50Hz，次級24V～120mA，負(fù)載功率因數(shù)為1.0，變壓器的繞組材質(zhì)為銅，并列式結(jié)構(gòu)。

1將樣品和測試設(shè)備放在23℃±2℃，相對濕度為60%±15%，相對大氣壓為860hPa～1060hPa的無強(qiáng)對流空氣的環(huán)境內(nèi)進(jìn)行預(yù)處理，至少為24h，使其和環(huán)境達(dá)到熱平衡。此次試驗實際預(yù)處理環(huán)境溫度在大多數(shù)時間為：21.6℃，相對濕度為：55%，相對大氣壓為：980hPa，預(yù)處理時間為：24h；

2試驗前，進(jìn)行必要的準(zhǔn)備工作：

將樣品立放于一個涂有無光黑漆的膠合板上，盡量靠近試驗角各邊壁；

進(jìn)行必要的測試連接，如連接輸入導(dǎo)線、輸出導(dǎo)線、負(fù)載阻抗等；

在初級繞組絕緣表面中心的位置布置熱電偶，用于監(jiān)測繞組溫度變化情況(如圖1“×”所示)；

在距樣品中心水平400mm、垂直400mm的位置布置環(huán)境溫度測點（如圖2所示）；

3試驗開始時，測量樣品初級繞組的阻值R1及對應(yīng)的環(huán)境溫度t1。此次試驗測得變壓器初級繞組的初始電阻R1為：657.8Ω，所用測試設(shè)備（可自行選擇）為：雙顯示數(shù)字電表；

4將樣品的初級繞組連接到額定電源上（此次試驗要求為220V～ 50Hz），并用一個能在額定輸出電壓以及額定功率因數(shù)下能產(chǎn)生額定輸出的阻抗做負(fù)載，然后將電源電壓升高至標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定值（此次試驗要求為233.2V），整個試驗期間保持該電壓不變，直至樣品工作溫度達(dá)到穩(wěn)定。此次試驗中，樣品次級實際使用的負(fù)載阻值為：200Ω，次級電流為：0.120A，在初級繞組表面布置的熱電偶所監(jiān)測到的溫度穩(wěn)定在58.3℃～58.6℃范圍內(nèi)，視作為樣品溫度達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，所用時間為：180min，所用測試設(shè)備（可自行選擇）為：交流穩(wěn)壓電源、萬用表、雙探頭熱電偶點溫度計；

圖1

圖2

5斷電后，記錄斷電時刻的環(huán)境溫度t2，并盡快地在每隔一段稍短的間隔時間讀取各次電阻測量值，此次試驗為每秒讀一個數(shù)據(jù)，通過曲線擬合的方式確定斷電時刻的繞組阻值R2。測試數(shù)據(jù)如下表（可自行取更多點）：

此次試驗要求表中數(shù)據(jù)保留為整數(shù)位

時間t（s）1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11電阻R（Ω）779 777 776 775 775 774 774 773 773 773 772

將數(shù)據(jù)代入曲線擬合軟件，通過分析選擇最接近實際情況的擬合曲線（此次試驗為多項式擬合曲線），取X軸0點所對應(yīng)的Y軸值，得到實際R2：779.6Ω。所用測試設(shè)備（可自行選擇）為：雙顯示數(shù)字電表、電子秒表。

6使用下述公式計算樣品初級繞組的溫升：

此次試驗相關(guān)測試數(shù)據(jù)

試驗開始時的環(huán)境溫度t1 21.6℃試驗開始時的冷態(tài)電阻R1 657.8Ω試驗結(jié)束時的環(huán)境溫度t2 22.3℃試驗結(jié)束時的電阻R2 779.6Ω X 234.5

將上述數(shù)據(jù)代入公式計算得到最終結(jié)果△t=46.7K（保留到小數(shù)點后1位），靠近此次比對結(jié)果理論中值45.8K。

3 電阻法測量變壓器溫升時需要注意的問題

1測試前需要確認(rèn)變壓器繞組所用的材料，繞組大多采用純金屬材料制成，目前應(yīng)用最多的是銅和鋁，也已有其他金屬材料開始投入生產(chǎn)，需注意的是不同金屬材料對應(yīng)的繞組溫升中的X值不同，對銅繞組X=234.5，對鋁繞組X=225；

2被測溫度的變換是直接通過電阻阻值的變化來測量的，因此電阻法引出線等各種導(dǎo)線電阻的變化會給溫度測量帶來影響，為消除引線電阻的影響一般采用四線制測量方式，在選取測試設(shè)備時需注意；

3測試環(huán)境溫度的熱電偶探頭應(yīng)保持在測試角內(nèi)，不能靠近被測樣品，以免受樣品溫度的影響；

4外接供電用電源線應(yīng)選用電阻值盡可能小的導(dǎo)線，以免影響R2的測量；

5充分保證樣品的預(yù)處理時間，不能少于24h；

6負(fù)載電阻必須為純阻，避免感抗造成的影響；

7必須確保樣品在通電后達(dá)到所采用標(biāo)準(zhǔn)意義上的熱穩(wěn)定狀態(tài)；

⑧采用線性回歸法分析R2時，在記錄數(shù)據(jù)時，讀數(shù)間隔不能過長（建議不超過3s），記錄的點不能太少（建議不低于10個）。

4 結(jié)束語

在實驗室測量用儀器設(shè)備愈發(fā)先進(jìn)的今天，帶電繞組溫升測試儀改變了溫升試驗中傳統(tǒng)的測量熱態(tài)電阻的方法，可在線顯示并打印出電阻、溫升、運(yùn)行時間等參數(shù)，降低了操作技術(shù)難度，提高了效率，但其測量原理歸根到底仍然是電阻法，而且?guī)щ娎@組溫升測試儀在測量開關(guān)電源中的高頻變壓器時容易被高頻信號干擾，最終還是只能采取電阻法斷電測試，由此可見電阻法測量繞組溫升在變壓器試驗中的深遠(yuǎn)意義。

［1]GB 9706.1-2007《醫(yī)用電氣設(shè)備 第1部分：安全通用要求》

［2]GB 4706.1-2005《家用和類似用途電器的安全 第1部分：通用要求》

［3]GB 19212.1-2008《電力變壓器、電源、電抗器和類似產(chǎn)品的安全 第1部分：通用要求和試驗》

［4]林聯(lián)君，關(guān)于變壓器溫升測試的討論，中國醫(yī)療器械信息

［5]張志清，醫(yī)用電源變壓器檢測方法的研究，中國醫(yī)療器械信息

［6]劉群興，變壓器繞組熱阻一時間特性的動態(tài)同步測試，中國電子學(xué)會可靠性分會第十四屆學(xué)術(shù)年會

［7]孫祿明，變壓器繞組溫升的測量，電子質(zhì)量

［8]張紅，開關(guān)電源變壓器溫升測試的探討，安全與電磁兼容