電阻值變化法測試小型變壓器繞阻溫升方法淺析

1 測試目的及背景

溫升試驗是電氣安全檢測中一項基本的型式試驗，它通常包括表面溫升和繞阻溫升兩個項目。其中，表面溫升的試驗方法相對簡單，主要考核物體表面溫度與環(huán)境溫度的差值是否滿足限制條件，一般選用熱電偶法進行測量；而電氣產品的繞阻溫升試驗是考核帶有繞阻結構的器具在運行中的發(fā)熱情況和散熱情況，判斷繞阻工作是否正常等，是安全項目中的重要章節(jié)。例如電機、變壓器等有繞阻的電器部件均應測試繞阻溫升，其數(shù)值是通過繞阻公式計算得出的。一般情況下，熱電偶法只能測得繞阻表面的溫升，而嵌入到繞阻中的布點會破壞其正常工作，同時也不能很好的反應其區(qū)域溫度，普遍測得產品的溫升較低，從而誤判合格。那么，在整機正常工作時，會使電器中微觀區(qū)域環(huán)境溫度過熱，導致其他元器件失效甚至著火危險。所以，正確的檢測方法是至關重要的，不但關系到產品質量，而且關系到消費者的人身安全，是保證人民生產生活的必要條件。

本人通過對GB/T 19212.1-2016《變壓器、電抗器、電源裝置及其組合的安全 第1部分：通用要求和試驗》要求中相關條款的解讀，結合實際測試實例，進行小型變壓器類繞阻溫升試驗的解析，并確定準確的檢測方法，提供給廣大檢測人員。

2 新版小型變壓器標準內容

新版GB/T 19212.1-2016《變壓器、電抗器、電源裝置及其組合的安全 第1部分：通用要求和試驗》中第14.1章條規(guī)定：在正常使用時，變壓器及其支承件的溫度不應過高。

變壓器接到額定電源電壓，并用一個能在額定輸出電壓以及在額定功率因數(shù)（對交流電流）下能產生額定輸出的阻抗做負載。在達到穩(wěn)定時，測量輸出電流值。然后將電源電壓升高10%，輸出電流調節(jié)到與前面的測試值相同。對獨立用變壓器不調節(jié)輸出電流。此后，電路無需再做改變。如果空載條件是較為不利的情況，則試驗還要在空載條件下重復進行。

各繞阻的溫度用電阻值變化法測量。

繞阻的溫升值按下述公式計算：

式中：

X——對銅取234.5，對鋁取225；

R1——在環(huán)境溫度為t1時，試驗開始時的電阻；

R2——當達到穩(wěn)定狀態(tài)時，試驗結束時的電阻；

t2——試驗結束時的環(huán)境溫度。

圖1 繞阻溫升試驗電路圖

3 測試程序中關鍵步驟的確定

3.1 測試模型初步建立

按照額定電壓和功率因數(shù)確定變壓器在無損耗情況下的負載參數(shù)，標準中規(guī)定“用一個能在額定輸出電壓以及在額定功率因數(shù)（對交流電流）下能產生額定輸出的阻抗做負載”，其中，額定阻抗是目標參數(shù)之一。我們在有損耗的正常試驗中，如果想要保持已知的輸出電壓（制造商提供）、電流以及功率不變，幾乎是不可能的，所以標準中的“阻抗”兩字尤其重要。在調試試驗電路時，阻抗是通過計算而得，無論輸出電壓、電流還是功率，只要提供其中兩項參數(shù)，就很容易得出阻抗數(shù)值，并以該數(shù)值為目標參數(shù)加載在次級電路中，形成回路。此時試驗電路搭建完畢。

3.2 測試電路最終確定

上述試驗模型的正確與否關系到下一步最重要的目標值的確定，即輸出電流I值的確定。I值和額定輸出電流I額值不盡相同，不可混淆。I額值是由制造商提供或由額定功率和額定電壓計算而得，但是I值則是測試模型初步建立時次級電路中的實測電流值，即正常情況下I應小于I額，這個I值才是試驗電路中重要的目標值。

例如，一個內裝式同心式繞阻結構的小型安全隔離變壓器，其基本參數(shù)為：輸入220V交流50Hz，輸出24V交流，額定功率40W，負載功率因數(shù)1.0，繞阻材質為銅。通過已知參數(shù)，直接計算出額定阻抗為14.4Ω，cosΦ=1.0。接通負載14.4Ω，在額定電壓條件下接通電路，記錄次級I值，此處I值應是1.52A左右，而并不是計算出的I額=1.67A。

隨后按照標準要求，額定電壓升高10%，即升高電源電壓到242V，此時調節(jié)阻抗，使得電流值保持在I值，電路無需再做改變，即電路模型及參數(shù)最終確定，試驗開始，如圖1所示試驗電路，圖1中，電源（穩(wěn)壓電源供電）：額定電壓的1.1倍；電源（市電）：設備用電；電流表：監(jiān)測電路通斷。

3.3 繞阻斷電瞬間R2的確定

試驗建立穩(wěn)定狀態(tài)后，即可測量熱態(tài)繞阻阻值，計算得出溫升，單位為K。而斷電瞬間R2的確定可有多種方法，比如，繞阻溫升測試儀可直接讀取通電時的熱態(tài)繞阻阻值；也可是試驗人員捕捉斷電后5個以上的電阻值，建立坐標系，自行繪制趨勢線，找到斷電瞬間的電阻值；還可運用Excel中曲線擬合法回歸到斷電0s時的熱態(tài)電阻值。舉例說明，假設斷電瞬間，試驗人員開始用秒表計時，直到讀出第一個電阻值R2（1）時，用時3s，隨后每隔3s～5s記錄一個電阻值，直到讀出5個以上的有效數(shù)據(jù)，建立坐標系，設置橫軸為時間（s），縱軸為熱態(tài)電阻值（Ω），找到最合適的趨勢線，選擇該函數(shù)進行曲線擬合，得到t=0s時的電阻值R2（0），即是公式中的R2數(shù)值。

4 電阻變化測量溫升的影響因素

積于多年從事安規(guī)檢測和策劃能力驗證項目的經驗，總結影響因素可分為三個方面。第一，I值的確定無法溯源。參數(shù)混淆，電路模型在初步建立時參數(shù)選擇錯誤。第二，標準中很重要的一句是，“電路無需再作改變”。因為繞阻自身阻值和負載的阻值都會隨著溫度變化而變化，使得測試中的I值呈現(xiàn)不太穩(wěn)定狀態(tài)，這時不用不斷調節(jié)負載使I保持不變，筆者認為，建立穩(wěn)定狀態(tài)之前都無需再做更改。第三，曲線擬合不準確。曲線擬合時最重要的是讀入的第一個數(shù)值，在坐標系中一定不是R2（0）的電阻值，而是n（s）時的阻值，其中0～n這段時間差需要設備或者人員的介入來記錄，這點很重要。

綜上，雖然概述的是小型變壓器類繞阻溫升的測試方法，實則通用于各類電阻法測量繞阻溫升的試驗，只要能準確把握負載試驗電路參數(shù)以及熟練掌握曲線擬合回歸原點的方法，各類產品的繞阻溫升試驗均可迎刃而解。