白采玉，侯 明，陳 潔

（滁州市技術監(jiān)督檢測中心，安徽 滁州 239000）

0 引言

家用電器產(chǎn)品在正常使用過程中都會產(chǎn)生發(fā)熱現(xiàn)象，導致器具本身以及周圍環(huán)境的溫度升高，直接危險是火災，間接危險會加速部件老化、材料軟化和熔融。器具發(fā)熱的原因之一就是由線圈、繞組、鐵心引起。家電等產(chǎn)品中有很多存在多個繞組的零部件如變壓器，過高的溫度會造成損壞，帶來危險[1]。因此，需要在發(fā)熱試驗中測試他們的繞組溫升，作為家電零部件產(chǎn)品重要的安全檢測項目，繞組溫升試驗被列入國家強制標準。但是，目前用于測試溫升繞組阻值的儀器設備大多是通過采用人工測試的方法，不容易快速、準確地進行測試。

1 溫升試驗斷電后繞組阻值自動檢測設備研究的意義

溫升試驗是評定家電整機及電子元器件產(chǎn)品安全性及使用壽命的一個重要指標，《家用和類似用途電器的安全 第1 部分：通用要求》（GB 4706.1—2005）標準第11 章節(jié)發(fā)熱試驗有明確規(guī)定，檢測產(chǎn)品在規(guī)定的條件下，是否達到了標準規(guī)定的限值[2]。確保在正常使用中，產(chǎn)品和其周圍環(huán)境溫度不過高，考核產(chǎn)品使用的安全性。繞組溫度對絕緣體材料的耐熱性能及老化具有決定性作用，當繞組溫度超過絕緣可承受的能力時，會影響家電等產(chǎn)品的正常運行[3]。

溫升試驗采用手動測試存在的問題：①為了便于測試，特別是針對整機樣品，繞組接的引出線往往較長，而引出線和繞組所處的環(huán)境溫度相差較大，對檢測結果有影響，尤其是小阻值的繞組。②對于大多數(shù)產(chǎn)品，從斷電到表筆接上引出線測試至少需要0.5s，某些結構復雜的整機產(chǎn)品甚至需要3s，時間越長逆向推導斷電時刻的繞組阻值不確定度越大。③斷電時表筆接上繞組引線一般是手動操作，接觸電阻大還不穩(wěn)定。④從斷電時刻到記錄下第一個繞組阻值時間的間隔，目前基本采用秒表手工計時，計時的準確程度影響阻值的不確定度。

溫升試驗采用帶電測試存在的問題：①由于直接帶電測量阻值，可能會燒毀電阻測量的儀器設備，因此要實現(xiàn)樣品帶電工作狀態(tài)下測試阻值必須增加處理電路，易存在系統(tǒng)性誤差。②由于樣品帶電工作狀態(tài)下測阻值，存在供電質(zhì)量（例如電壓波動、諧波畸變等）對繞組帶電測試儀測試結果的影響，增大了測試結果的不確定度。

因此，研發(fā)一款溫升試驗斷電后繞組阻值快速地自動檢測，直接讀取斷電時刻的繞組阻值的設備，將有效解決家電整機及電子元器件行業(yè)普遍中存在的測試問題，解決現(xiàn)有手動測試方法存在的缺陷，進一步促進電子及智能家電行業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量的提升和新興產(chǎn)業(yè)的轉型升級。

2 溫升試驗斷電后繞組阻值自動檢測設備設計研究的分析

2.1 溫升試驗斷電后繞組阻值檢測研究的現(xiàn)狀分析

在對家電整機及電子元器件安全性檢測的機構開展前期調(diào)研過程中發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)階段各個機構繞組溫升測試多是采用《家用和類似用途電器的安全 第1 部分：通用要求》（GB 4706.1—2005）規(guī)定的電阻法。因為繞組阻值隨著溫度變化而變化的性質(zhì)，沒法在關閉開關的瞬間檢測結束時的電阻，因此繞組阻值需在斷開開關后和其后的幾個短的時間間隔，盡可能快地測試幾次電阻，以便繪制一條電阻對時間變化的擬合曲線，計算斷電后瞬間的電阻值[4]。

大多數(shù)的檢測機構采用手動測試的方法，測試前將樣品繞組接引出線→樣品斷電→迅速將測試設備接上繞組的引出線，讀取阻值，并時刻點，一般有兩種方法：①掐秒表記錄；②某些采用帶有時間刻度記錄功能的萬用表記錄時刻。由記錄下的繞組阻值和時間刻度，作出繞組阻值隨時間變化的曲線，并由該曲線逆向推導斷電時刻的繞組阻值。將推導出的繞組阻值帶入溫升計算公式，計算出繞組的溫升值。

部分檢測機構采用帶電繞組溫升測試儀器，在待測樣品帶電工作的狀態(tài)下直接實時讀取待測樣品的繞組阻值。尤其是像多個繞組的變壓器的溫升試驗，在多臺測量電阻的儀器設備同時測量多個繞組的電阻時，儀器設備之間可能會產(chǎn)生干擾，測量結果與使用一臺儀器設備單獨的測量結果有明顯差異，在多個繞組的情況下，如果按規(guī)定順序測試完多個繞組，則無法滿足標準規(guī)定的在斷電后極短的時間間隔內(nèi)盡可能快地測量幾次電阻的要求[5]。

2.2 溫升試驗斷電后繞組阻值自動檢測設備設計研究的實現(xiàn)目標

家用電器產(chǎn)品、電氣產(chǎn)品等產(chǎn)品的溫升試驗是型式試驗的重要試驗項目之一，同時也是設計研發(fā)階段試驗前和試驗后的重要試驗指標之一，器具繞組的熱點溫升更是衡量器具繞組設計優(yōu)劣的一個重要指標[6]。所以，對于通過什么方式、如何通過正確的過程獲取正確的溫升試驗數(shù)據(jù)尤為重要。

設計實現(xiàn)一種溫升試驗斷電后繞組阻值自動檢測的設備，主要實現(xiàn)的目標：①設計研發(fā)設備的結構及電氣部分的功能，主要解決實現(xiàn)如何使設備內(nèi)部的電氣連接以及設備與待測樣品繞組引出線，可以方便連接、可靠、且接觸電阻低。②設計實現(xiàn)切換電路的功能，主要解決實現(xiàn)在待側樣品斷電后繞組測量電路可以能夠自動地、快速地通過電氣元件的動作連接到樣品引出線上。③設計研發(fā)設備的數(shù)據(jù)測量及采集部分的功能，主要解決的問題是采用何種儀器儀表、如何對相關數(shù)據(jù)進行采集、測量繞組阻值時對應時刻點應采用什么樣的記錄方式。④設計研發(fā)設備的嵌入式軟件的功能，開發(fā)軟件可以實現(xiàn)對采集到的繞組阻值和時間數(shù)據(jù)進行存儲、建立數(shù)據(jù)庫，且可以內(nèi)建逆向推導繞組斷電時刻阻值的數(shù)學模型，測量數(shù)據(jù)采集的同時即可外推阻值，并且能以簡潔、易交互的界面進行數(shù)據(jù)查詢、測試控制并直接讀取斷電時刻的繞組阻值。

3 溫升試驗斷電后繞組阻值自動檢測設備設計研究的實現(xiàn)

一種溫升試驗斷電后繞組阻值自動檢測設備的設計研究過程中，重點內(nèi)容是解決“設備結構及電氣部分的設計”“切換電路的設計”“設備數(shù)據(jù)測量及采集的設計“以及“設備嵌入式軟件的設計”等四個方面的關鍵技術問題。實現(xiàn)從人工接觸測量繞組阻值方式轉化為實現(xiàn)儀器設備自動進行測量，但是測量方法和原理無實質(zhì)性的變化，仍然滿足《家用和類似用途電器的安全 第1 部分：通用要求》（GB 4706.1—2005）等國家標準對溫升試驗繞組阻值的測量規(guī)定要求。

（1）硬件部分設計：“設備結構及電氣部分”“切換電路”部分，整套電路包括精密電阻測試儀、電磁繼電器、電路控制器、電源模塊等，電路有兩個獨立的供電系統(tǒng)，一路給繞組負載供電，一路給精密電阻測試儀供電。電路中建有獨立的繞組引出線連接系統(tǒng)，繞組引出線采用低內(nèi)阻同軸電纜，接線方式采用鉆夾頭牢固連接，通過RS232 協(xié)議，實現(xiàn)繼電器切換和檢測數(shù)據(jù)的上傳。

（2）軟件部分設計：“設備數(shù)據(jù)測量及采集”“設備嵌入式軟件”部分，采用Labview 語言編寫，其數(shù)據(jù)處理功能強大便于調(diào)試，且提供很多外觀與示波器、萬用表等儀器類似的控件，方便用來創(chuàng)建用戶界面，可以根據(jù)研發(fā)功能需要，自定義建立虛擬儀器。

打開軟件，點擊新建測試項目，在新建項目對話框中輸入測試相關信息（如負載通電時間、負載斷電后的總測試時間、采集時間間隔等），啟動測試后，軟件系統(tǒng)即可按照設定的參數(shù)，通過RS232 協(xié)議下發(fā)給控制硬件電路。硬件電路先給繞組負載通電一段時間，設定的通電時間到，電路通過繼電器自動切斷供電端，同時連接至精密電阻測試儀端口。按照軟件中預先設定的采樣時間間隔檢測的斷電后的繞組阻值自動存儲和顯示。

（3）設備的功能：整套測試系統(tǒng)功能的實現(xiàn)，依靠電路可靠連接和labview 軟件程序有效控制。實現(xiàn)被測件冷態(tài)電阻測試、通電時間控制、電路切換、熱態(tài)電阻測試等功能。還實現(xiàn)了歷史數(shù)據(jù)查詢功能和測試曲線擬合功能。曲線擬合斜率可以通過設置公式中擬合的階次實現(xiàn)，階次不同，曲線的斜率不同，選取一條最接近實際測試數(shù)據(jù)擬合的曲線，系統(tǒng)自動準確倒推并直接讀出斷電時刻繞組阻值，避免了手動描點繪圖倒推產(chǎn)生的誤差。斷電后繞組阻值測試數(shù)據(jù)擬合曲線如圖1所示。

圖1 數(shù)據(jù)擬合曲線

（4）手動測試和自動檢測設備測試數(shù)據(jù)對比。

通過對電冰箱、洗衣機、變壓器斷電后繞組阻值反復多次試驗，三組不同樣品斷電后，其繞組阻值測試時長數(shù)據(jù)比對可得到以下結果：①手動測試約每5s 采樣一次，10 組數(shù)據(jù)采集完成大約需要50s，再將10 組數(shù)據(jù)導入計算公式，最終計算出繞組斷電時刻的阻值，總耗時至少需要180s。②溫升試驗繞組阻值斷電測量設備的采樣時間可自定義，自由調(diào)整且內(nèi)置合適的數(shù)學模型外推斷電時刻繞組阻值，即斷電時刻繞組阻值是可視化的，可直接讀取。該設備試驗若設置以0.5s 采樣一組數(shù)據(jù)，10 組數(shù)據(jù)采集完成，且計算出斷電時刻繞組阻值，總耗時需要5s。由以上兩種測試斷電時刻繞組阻值總耗時長可知，溫升試驗繞組阻值斷電測量設備比手動測試從斷電瞬間到開始電阻檢測間隔的時間明顯下降，同時檢測操作過程簡便易操作，檢測操作的總時間大幅度降低。其中一組變壓器斷電后繞組阻值手動測試和設備測試數(shù)據(jù)對比情況如表1 所示。手動測試斷電瞬間繞組阻值擬合值為127.62Ω，溫升試驗斷電后繞組阻值自動檢測設備斷電瞬間繞組阻值為127.7392Ω。

表1 手動測試和自動檢測設備測試數(shù)據(jù)對比

另外，從不確定度角度考慮，溫升試驗斷電后繞組阻值自動檢測設備測量的不確定度主要來源是重復性測量、繞組阻值斷電測量設備的誤差、實驗室內(nèi)溫度波動的誤差，比手動測量少了線圈繞組外接引出線長度引起的誤差，同時也避免了手動測試外接人體電阻引入產(chǎn)生的不確定度，由以上兩種測試方法的合成不確定度可知，溫升試驗繞組阻值斷電測量設備對測試結果不確定度的影響也降低了，保證了數(shù)據(jù)的精確性。

4 結語

本文研究一種溫升試驗斷電后繞組阻值自動檢測設備，授權專利兩項，完成樣機一臺，可視化檢測系統(tǒng)，完成了一個獨立可靠的繞組引出線連接系統(tǒng)，斷電后可以快速切換電路，快速自動按照時間軸測量記錄繞組阻值，按照內(nèi)建數(shù)學模型逆向推導直接讀取繞組斷電時刻繞組阻值，既能保證不帶電測量又能夠大幅降低檢測的間隔時間，既提升了測試數(shù)據(jù)一致性，又提高了測試效率，實現(xiàn)繞組溫升的智能化采集和處理，優(yōu)化了溫升試驗檢測過程中遇到的問題。