铜质绕组温升试验能力验证过程及影响因素分析

王泉

家用电器中有很多带有绕组的零部件，如电动机、变压器、继电器、压缩机等。这些绕组在使用过程中会发热，导致自身及周围环境的温度升高。过高的温度会造成零部件的损坏，带来危险。本文对铜质绕组温升试验能力验证过程及影响的因素进行了分析。

【关键词】铜质绕组 变压器

1 引言

实验室能力验证作为证明实验室检测能力的一种科学有效的技术手段，是对实验室技术能力和管理状况的客观的考核方法，是对实验室资质认定工作有效性的后续监督的重要抓手。

2015年，国家认证认可监督管理委员会组织了“CNCA-15-A10绕组温升测试能力验证计划”，检测对象为铜质绕组，用于模拟电器产品内部绕组的发热。在电器的安全检测中，温升试验是考查电器部件安全性和使用寿命重要的指标之一。

2 测试样品简介

本次能力验证的检测对象是铜质绕组，为保证绕组样品在运输过程中的完好性，特将其安装在定制的封闭电气盒内。

电气盒内含铜质线圈绕组及可调变压器，一端为电源耦合器和模式开关，另一端为绕组接线柱和绕组开关。电源耦合器通过附带的电线组件连接220V～ 50Hz的电源。模式开关可选择两组工作模式，分别为模式1和模式2，主要是通过可调变压器输出的不同阻值来实现。绕组接线柱用来连接测量绕组阻值的仪表。绕组开关为内部绕组的通电控制，“ON”（蓝色指示灯亮）为绕组处于工作状态，“OFF”（蓝色指示灯灭）为测量状态。

3 测试方法及原理

本次能力验证所使用的电阻法测量温升，是以绕组的电阻在温度升高后电阻值相应增大的关系来确定绕组的温度，其所测得的是绕组的平均温度，即在相同出线端上测量绕组的冷、热态电阻后，计算出绕组温升。

Δt=[（R2-R1）/R1]×（234.5+t1）+t1-t2

式中：

Δt：铜质绕组的温升，K；

R1：试验开始时的绕组电阻，Ω；

R2：试验结束时的绕组电阻，Ω；

t1：试验开始时的环境温度，℃；

t2：试验结束时的环境温度，℃。

4 测试过程及注意要点

4.1 根据参照使用的标准及作业指导书，查询相关资料及标准，分析试验中的注意事项，并确定试验步骤，合理分配试验时间

4.2 试验环境条件及样品预处理

按照作业指导书中的要求，被测样品在整个测试过程中，应放置在温度为20℃±5℃，相对湿度低于60±15%的环境下，具有无强制对流空气的场所。

实际试验在恒温恒湿房间内进行，并使用温湿度指示仪表监控整个试验过程的温湿度，开始与结束时环境温度差的平均值为0.2℃，较好的控制了试验区域的温湿度。

4.3 试验设备选择

由绕组的温升公式可以看出，R1、R2，t1、t2是需要测试的关键数据。

考虑到测试的精度与操作的方便性，我们选用了平时经常使用的keithley 2700数字万用表，利用四线制测试方法来测试R1，R2电阻值。

根据指导书要求，环境温度tl，t2需在被测样品右上方的一定距离处测量。我们选用0.3mm的K型热电偶，在被测样品右上方（水平30cm，垂直30cm）处布置了测温点，并通过yokogawa MW100温度记录仪记录环境温度tl，t2。

供电电压稳定性直接影响到测试数据的准确性，指导书中要求对被测样品施加220V±3%，50Hz±2%交流电，故我们选用了艾普斯AFC-31010T自动稳压电源及yokogawa WT310数字功率计，避免了电压波动对测试结果造成的影响。

时间测量，選用数字式秒表。

4.4 测试线路搭建

按照作业指导书中的要求，将样品放置在涂有黑色无光漆的木制测试台面上，CNCA标签的面向上放置。底面紧靠测试台面，四周距离墙壁及测试仪表30cm以上。

4.5 测试过程

绕组开关处于断开位置，使用电阻测试仪表测量试验开始时的绕组接线柱之间的绕组冷态电阻R1，同时记录试验开始时的环境温度t1。

连接电源耦合器并开启电源对样品供电，施加220V±3%，50Hz±2%交流电，将模式键选择为模式1/模式2，绕组开关选择接通状态（蓝色指示灯亮），通过指示仪表监控电源端的电压、电流等参数并记录。自通电开始计时，对测试样品连续通电2小时，通电满2小时后立即将绕组开关断开（蓝色指示灯熄灭），测量绕组接线柱之间的电阻R2并记录，同时记录试验结束时的环境温度t2。根据铜质绕组温升计算公式计算样品的绕组温升

4.6 测试数据的处理

测试过程中的R1、t1、t2均可方便的利用测试仪器获取，但对于R2，由于电阻测量需要断电然后连接测试仪器，所以无法直接测得，需要读取多个数值进行拟合，通过对拟合方程的计算得到值。想精确测量R2，尽可能精确地拟合数据是关键。

5 影响试验结果的因素

通过对本次能力验证测试过程的分析，可以看出，影响绕组温升试验结果的因素有以下几个：

（1）注意测试环境温度控制，避免因环境温度的不稳定、气流扰动等因素对测试果产生影响。

（2）合理选择满足要求的测试设备，避免因设备精度不高、分辨率较低，电压波动等因素对测试结果产生影响。

（3）注意样品的预处理，保证绕组初始温度与环境温度达到一致。

（4）按要求搭建测试线路，采用四线制方法来测试电阻值，消除测试引线电阻的影响。

（5）应在断电后尽可能快的测量绕组温升，从断电到首次读得电阻值的时间间隔，尽量控制在5s内。

6 结语

家用电器中有很多带有绕组的零部件，如电动机、变压器、继电器、压缩机等。这些绕组在使用过程中会发热，导致自身及周围环境的温度升高。过高的温度会造成零部件的损坏，带来危险。本次绕组温升能力验证试验，不仅是对各个参加实验室检测能力的一次检阅，也使我们对绕组温升试验有了更深刻的认识，从而进一步提高了检测水平。

参考文献

[1]中国合格评定国家认可委员会.CNAS-RL02，2016，能力验证规则.

作者单位

1.山东省计量检测中心 山东省济南市 250014

2.山东省计量科学研究院 山东省济南市 250014