銅質(zhì)繞組溫升試驗能力驗證過程及影響因素分析

王泉

家用電器中有很多帶有繞組的零部件，如電動機、變壓器、繼電器、壓縮機等。這些繞組在使用過程中會發(fā)熱，導致自身及周圍環(huán)境的溫度升高。過高的溫度會造成零部件的損壞，帶來危險。本文對銅質(zhì)繞組溫升試驗能力驗證過程及影響的因素進行了分析。

【關(guān)鍵詞】銅質(zhì)繞組 變壓器

1 引言

實驗室能力驗證作為證明實驗室檢測能力的一種科學有效的技術(shù)手段，是對實驗室技術(shù)能力和管理狀況的客觀的考核方法，是對實驗室資質(zhì)認定工作有效性的后續(xù)監(jiān)督的重要抓手。

2015年，國家認證認可監(jiān)督管理委員會組織了“CNCA-15-A10繞組溫升測試能力驗證計劃”，檢測對象為銅質(zhì)繞組，用于模擬電器產(chǎn)品內(nèi)部繞組的發(fā)熱。在電器的安全檢測中，溫升試驗是考查電器部件安全性和使用壽命重要的指標之一。

2 測試樣品簡介

本次能力驗證的檢測對象是銅質(zhì)繞組，為保證繞組樣品在運輸過程中的完好性，特將其安裝在定制的封閉電氣盒內(nèi)。

電氣盒內(nèi)含銅質(zhì)線圈繞組及可調(diào)變壓器，一端為電源耦合器和模式開關(guān)，另一端為繞組接線柱和繞組開關(guān)。電源耦合器通過附帶的電線組件連接220V～ 50Hz的電源。模式開關(guān)可選擇兩組工作模式，分別為模式1和模式2，主要是通過可調(diào)變壓器輸出的不同阻值來實現(xiàn)。繞組接線柱用來連接測量繞組阻值的儀表。繞組開關(guān)為內(nèi)部繞組的通電控制，“ON”（藍色指示燈亮）為繞組處于工作狀態(tài)，“OFF”（藍色指示燈滅）為測量狀態(tài)。

3 測試方法及原理

本次能力驗證所使用的電阻法測量溫升，是以繞組的電阻在溫度升高后電阻值相應增大的關(guān)系來確定繞組的溫度，其所測得的是繞組的平均溫度，即在相同出線端上測量繞組的冷、熱態(tài)電阻后，計算出繞組溫升。

Δt=[（R2-R1）/R1]×（234.5+t1）+t1-t2

式中：

Δt：銅質(zhì)繞組的溫升，K；

R1：試驗開始時的繞組電阻，Ω；

R2：試驗結(jié)束時的繞組電阻，Ω；

t1：試驗開始時的環(huán)境溫度，℃；

t2：試驗結(jié)束時的環(huán)境溫度，℃。

4 測試過程及注意要點

4.1 根據(jù)參照使用的標準及作業(yè)指導書，查詢相關(guān)資料及標準，分析試驗中的注意事項，并確定試驗步驟，合理分配試驗時間

4.2 試驗環(huán)境條件及樣品預處理

按照作業(yè)指導書中的要求，被測樣品在整個測試過程中，應放置在溫度為20℃±5℃，相對濕度低于60±15%的環(huán)境下，具有無強制對流空氣的場所。

實際試驗在恒溫恒濕房間內(nèi)進行，并使用溫濕度指示儀表監(jiān)控整個試驗過程的溫濕度，開始與結(jié)束時環(huán)境溫度差的平均值為0.2℃，較好的控制了試驗區(qū)域的溫濕度。

4.3 試驗設(shè)備選擇

由繞組的溫升公式可以看出，R1、R2，t1、t2是需要測試的關(guān)鍵數(shù)據(jù)。

考慮到測試的精度與操作的方便性，我們選用了平時經(jīng)常使用的keithley 2700數(shù)字萬用表，利用四線制測試方法來測試R1，R2電阻值。

根據(jù)指導書要求，環(huán)境溫度tl，t2需在被測樣品右上方的一定距離處測量。我們選用0.3mm的K型熱電偶，在被測樣品右上方（水平30cm，垂直30cm）處布置了測溫點，并通過yokogawa MW100溫度記錄儀記錄環(huán)境溫度tl，t2。

供電電壓穩(wěn)定性直接影響到測試數(shù)據(jù)的準確性，指導書中要求對被測樣品施加220V±3%，50Hz±2%交流電，故我們選用了艾普斯AFC-31010T自動穩(wěn)壓電源及yokogawa WT310數(shù)字功率計，避免了電壓波動對測試結(jié)果造成的影響。

時間測量，選用數(shù)字式秒表。

4.4 測試線路搭建

按照作業(yè)指導書中的要求，將樣品放置在涂有黑色無光漆的木制測試臺面上，CNCA標簽的面向上放置。底面緊靠測試臺面，四周距離墻壁及測試儀表30cm以上。

4.5 測試過程

繞組開關(guān)處于斷開位置，使用電阻測試儀表測量試驗開始時的繞組接線柱之間的繞組冷態(tài)電阻R1，同時記錄試驗開始時的環(huán)境溫度t1。

連接電源耦合器并開啟電源對樣品供電，施加220V±3%，50Hz±2%交流電，將模式鍵選擇為模式1/模式2，繞組開關(guān)選擇接通狀態(tài)（藍色指示燈亮），通過指示儀表監(jiān)控電源端的電壓、電流等參數(shù)并記錄。自通電開始計時，對測試樣品連續(xù)通電2小時，通電滿2小時后立即將繞組開關(guān)斷開（藍色指示燈熄滅），測量繞組接線柱之間的電阻R2并記錄，同時記錄試驗結(jié)束時的環(huán)境溫度t2。根據(jù)銅質(zhì)繞組溫升計算公式計算樣品的繞組溫升

4.6 測試數(shù)據(jù)的處理

測試過程中的R1、t1、t2均可方便的利用測試儀器獲取，但對于R2，由于電阻測量需要斷電然后連接測試儀器，所以無法直接測得，需要讀取多個數(shù)值進行擬合，通過對擬合方程的計算得到值。想精確測量R2，盡可能精確地擬合數(shù)據(jù)是關(guān)鍵。

5 影響試驗結(jié)果的因素

通過對本次能力驗證測試過程的分析，可以看出，影響繞組溫升試驗結(jié)果的因素有以下幾個：

（1）注意測試環(huán)境溫度控制，避免因環(huán)境溫度的不穩(wěn)定、氣流擾動等因素對測試果產(chǎn)生影響。

（2）合理選擇滿足要求的測試設(shè)備，避免因設(shè)備精度不高、分辨率較低，電壓波動等因素對測試結(jié)果產(chǎn)生影響。

（3）注意樣品的預處理，保證繞組初始溫度與環(huán)境溫度達到一致。

（4）按要求搭建測試線路，采用四線制方法來測試電阻值，消除測試引線電阻的影響。

（5）應在斷電后盡可能快的測量繞組溫升，從斷電到首次讀得電阻值的時間間隔，盡量控制在5s內(nèi)。

6 結(jié)語

家用電器中有很多帶有繞組的零部件，如電動機、變壓器、繼電器、壓縮機等。這些繞組在使用過程中會發(fā)熱，導致自身及周圍環(huán)境的溫度升高。過高的溫度會造成零部件的損壞，帶來危險。本次繞組溫升能力驗證試驗，不僅是對各個參加實驗室檢測能力的一次檢閱，也使我們對繞組溫升試驗有了更深刻的認識，從而進一步提高了檢測水平。

參考文獻

[1]中國合格評定國家認可委員會.CNAS-RL02，2016，能力驗證規(guī)則.

作者單位

1.山東省計量檢測中心 山東省濟南市 250014

2.山東省計量科學研究院 山東省濟南市 250014