1 測(cè)試目的及背景

溫升試驗(yàn)是電氣安全檢測(cè)中一項(xiàng)基本的型式試驗(yàn)，它通常包括表面溫升和繞阻溫升兩個(gè)項(xiàng)目。其中，表面溫升的試驗(yàn)方法相對(duì)簡(jiǎn)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(jìn)行測(cè)量；而電氣產(chǎn)品的繞阻溫升試驗(yàn)是考核帶有繞阻結(jié)構(gòu)的器具在運(yùn)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(xiàng)目中的重要章節(jié)。例如電機(jī)、變壓器等有繞阻的電器部件均應(yīng)測(cè)試?yán)@阻溫升，其數(shù)值是通過(guò)繞阻公式計(jì)算得出的。一般情況下，熱電偶法只能測(cè)得繞阻表面的溫升，而嵌入到繞阻中的布點(diǎn)會(huì)破壞其正常工作，同時(shí)也不能很好的反應(yīng)其區(qū)域溫度，普遍測(cè)得產(chǎn)品的溫升較低，從而誤判合格。那么，在整機(jī)正常工作時(shí)，會(huì)使電器中微觀區(qū)域環(huán)境溫度過(guò)熱，導(dǎo)致其他元器件失效甚至著火危險(xiǎn)。所以，正確的檢測(cè)方法是至關(guān)重要的，不但關(guān)系到產(chǎn)品質(zhì)量，而且關(guān)系到消費(fèi)者的人身安全，是保證人民生產(chǎn)生活的必要條件。

本人通過(guò)對(duì)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(yàn)》要求中相關(guān)條款的解讀，結(jié)合實(shí)際測(cè)試實(shí)例，進(jìn)行小型變壓器類繞阻溫升試驗(yàn)的解析，并確定準(zhǔn)確的檢測(cè)方法，提供給廣大檢測(cè)人員。

2 新版小型變壓器標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)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(yàn)》中第14.1章條規(guī)定：在正常使用時(shí)，變壓器及其支承件的溫度不應(yīng)過(guò)高。

變壓器接到額定電源電壓，并用一個(gè)能在額定輸出電壓以及在額定功率因數(shù)（對(duì)交流電流）下能產(chǎn)生額定輸出的阻抗做負(fù)載。在達(dá)到穩(wěn)定時(shí)，測(cè)量輸出電流值。然后將電源電壓升高10%，輸出電流調(diào)節(jié)到與前面的測(cè)試值相同。對(duì)獨(dú)立用變壓器不調(diào)節(jié)輸出電流。此后，電路無(wú)需再做改變。如果空載條件是較為不利的情況，則試驗(yàn)還要在空載條件下重復(fù)進(jìn)行。

各繞阻的溫度用電阻值變化法測(cè)量。

繞阻的溫升值按下述公式計(jì)算：

式中：

X——對(duì)銅取234.5，對(duì)鋁取225；

R1——在環(huán)境溫度為t1時(shí)，試驗(yàn)開始時(shí)的電阻；

R2——當(dāng)達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)，試驗(yàn)結(jié)束時(shí)的電阻；

t2——試驗(yàn)結(jié)束時(shí)的環(huán)境溫度。

圖1 繞阻溫升試驗(yàn)電路圖

3 測(cè)試程序中關(guān)鍵步驟的確定

3.1 測(cè)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(wú)損耗情況下的負(fù)載參數(shù)，標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定“用一個(gè)能在額定輸出電壓以及在額定功率因數(shù)（對(duì)交流電流）下能產(chǎn)生額定輸出的阻抗做負(fù)載”，其中，額定阻抗是目標(biāo)參數(shù)之一。我們?cè)谟袚p耗的正常試驗(yàn)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(biāo)準(zhǔn)中的“阻抗”兩字尤其重要。在調(diào)試試驗(yàn)電路時(shí)，阻抗是通過(guò)計(jì)算而得，無(wú)論輸出電壓、電流還是功率，只要提供其中兩項(xiàng)參數(shù)，就很容易得出阻抗數(shù)值，并以該數(shù)值為目標(biāo)參數(shù)加載在次級(jí)電路中，形成回路。此時(shí)試驗(yàn)電路搭建完畢。

3.2 測(cè)試電路最終確定

上述試驗(yàn)?zāi)Ｐ偷恼_與否關(guān)系到下一步最重要的目標(biāo)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(jì)算而得，但是I值則是測(cè)試模型初步建立時(shí)次級(jí)電路中的實(shí)測(cè)電流值，即正常情況下I應(yīng)小于I額，這個(gè)I值才是試驗(yàn)電路中重要的目標(biāo)值。

例如，一個(gè)內(nèi)裝式同心式繞阻結(jié)構(gòu)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(fù)載功率因數(shù)1.0，繞阻材質(zhì)為銅。通過(guò)已知參數(shù)，直接計(jì)算出額定阻抗為14.4Ω，cosΦ=1.0。接通負(fù)載14.4Ω，在額定電壓條件下接通電路，記錄次級(jí)I值，此處I值應(yīng)是1.52A左右，而并不是計(jì)算出的I額=1.67A。

隨后按照標(biāo)準(zhǔn)要求，額定電壓升高10%，即升高電源電壓到242V，此時(shí)調(diào)節(jié)阻抗，使得電流值保持在I值，電路無(wú)需再做改變，即電路模型及參數(shù)最終確定，試驗(yàn)開始，如圖1所示試驗(yàn)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(shè)備用電；電流表：監(jiān)測(cè)電路通斷。

3.3 繞阻斷電瞬間R2的確定

試驗(yàn)建立穩(wěn)定狀態(tài)后，即可測(cè)量熱態(tài)繞阻阻值，計(jì)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(cè)試儀可直接讀取通電時(shí)的熱態(tài)繞阻阻值；也可是試驗(yàn)人員捕捉斷電后5個(gè)以上的電阻值，建立坐標(biāo)系，自行繪制趨勢(shì)線，找到斷電瞬間的電阻值；還可運(yùn)用Excel中曲線擬合法回歸到斷電0s時(shí)的熱態(tài)電阻值。舉例說(shuō)明，假設(shè)斷電瞬間，試驗(yàn)人員開始用秒表計(jì)時(shí)，直到讀出第一個(gè)電阻值R2（1）時(shí)，用時(shí)3s，隨后每隔3s～5s記錄一個(gè)電阻值，直到讀出5個(gè)以上的有效數(shù)據(jù)，建立坐標(biāo)系，設(shè)置橫軸為時(shí)間（s），縱軸為熱態(tài)電阻值（Ω），找到最合適的趨勢(shì)線，選擇該函數(shù)進(jìn)行曲線擬合，得到t=0s時(shí)的電阻值R2（0），即是公式中的R2數(shù)值。

4 電阻變化測(cè)量溫升的影響因素

積于多年從事安規(guī)檢測(cè)和策劃能力驗(yàn)證項(xiàng)目的經(jīng)驗(yàn)，總結(jié)影響因素可分為三個(gè)方面。第一，I值的確定無(wú)法溯源。參數(shù)混淆，電路模型在初步建立時(shí)參數(shù)選擇錯(cuò)誤。第二，標(biāo)準(zhǔn)中很重要的一句是，“電路無(wú)需再作改變”。因?yàn)槔@阻自身阻值和負(fù)載的阻值都會(huì)隨著溫度變化而變化，使得測(cè)試中的I值呈現(xiàn)不太穩(wěn)定狀態(tài)，這時(shí)不用不斷調(diào)節(jié)負(fù)載使I保持不變，筆者認(rèn)為，建立穩(wěn)定狀態(tài)之前都無(wú)需再做更改。第三，曲線擬合不準(zhǔn)確。曲線擬合時(shí)最重要的是讀入的第一個(gè)數(shù)值，在坐標(biāo)系中一定不是R2（0）的電阻值，而是n（s）時(shí)的阻值，其中0～n這段時(shí)間差需要設(shè)備或者人員的介入來(lái)記錄，這點(diǎn)很重要。

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