未知材料繞組溫升k值測試方法

童李霞 王海萍

（江西省檢驗(yàn)檢測認(rèn)證總院工業(yè)產(chǎn)品檢驗(yàn)檢測院 江西省南昌市 330052）

1 引言

繞組是由繞組線繞制而成，通過產(chǎn)生磁場或切割磁力線產(chǎn)生感應(yīng)電流來實(shí)現(xiàn)電能和磁能的相互轉(zhuǎn)換，繞組是家用和類似用途電器中常用的部件。按導(dǎo)體材料可分為：銅繞組，鋁繞組，合金繞組等。繞組溫升是家用和類似用途電器的常見檢驗(yàn)項(xiàng)目，GB 4706.1-2005中規(guī)定繞組溫升一般通過電阻法來確定，檢驗(yàn)人員非常熟悉電阻法來確定銅或鋁繞組溫升，也清楚繞組溫升公式中的系數(shù)k是繞組溫升測試的前提條件。

2 電阻法測繞組溫升的原理

繞組導(dǎo)體（銅、鋁等金屬）的電阻與溫度之間有特定的規(guī)律，電阻法測繞組法測溫升就是通過繞組發(fā)熱時電阻與初始電阻的變化來推算繞組溫度[1]。具體方法：

（1）測量繞組的初始直流電阻和環(huán)境溫度；

（2）在溫度升高后，再次測量繞組的直流電阻和環(huán)境溫度；

（3）利用電阻值變化關(guān)系來確定繞組溫度，測量結(jié)果是繞組溫度的平均值。

繞組溫升可以根據(jù)GB 4706.1-2005中給出的以下公式計算求得：

式中：

Δt——繞組溫升；

R1——試驗(yàn)開始時繞組電阻；

R2——試驗(yàn)結(jié)束時繞組電阻；

k——銅繞組：234.5；鋁繞組：225；

t1——試驗(yàn)開始時的環(huán)境溫度；

t2——試驗(yàn)結(jié)束時的環(huán)境溫度；

試驗(yàn)開始時繞組溫度等于環(huán)境溫度t1，測試測量得到R1；試驗(yàn)結(jié)束測得熱態(tài)電阻R2和環(huán)境溫度t2，代入繞組溫升公式即可計算得到繞組溫升值。

前面提及銅、鋁等金屬，其電阻與溫度之間有特定的規(guī)律，而公式中的k就是其規(guī)律，但是在未知繞組材料的情況下，或者對于合金，k不是已知的，那該如何用電阻法計算繞組溫升呢？有論文提到用金屬的體積百分比系數(shù)乘以每種金屬k值相加得到合金系數(shù)k[2]，但必須先了解每種合金成分比例，這在檢驗(yàn)過程中比較難。下面介紹一種通過測量繞組不同溫度下的電阻，利用公式求得繞組溫度隨電阻變化規(guī)律（k值）的試驗(yàn)方法。

3 繞組溫度電阻法求k值的原理

通過把繞組放置于設(shè)定的不同環(huán)境溫度中，穩(wěn)定后測量繞組電阻，通過下面公式計算k值。因?yàn)槭窃诤銣睾銤癍h(huán)境試驗(yàn)箱中測量繞組的電阻，可以忽略環(huán)境溫度的影響，即繞組溫升公式中的t1=t2，可以得到：

T2——熱態(tài)時繞組溫度（即恒溫恒濕環(huán)境試驗(yàn)箱的溫度）；

從上式看出，通過測量繞組在不同溫度的電阻，可以計算k值。首先利用高精度恒溫恒濕環(huán)境試驗(yàn)箱提供測試需要的環(huán)境溫度，直流電阻測試儀測量繞組電阻，測試n個不同溫度點(diǎn)的數(shù)據(jù)，可以計算得到n-1個k值，然后求n-1個k值的平均值即為該繞組電阻隨溫度變化的規(guī)律，應(yīng)用于繞組溫升公式進(jìn)行繞組溫升計算。

4 繞組溫度電阻法求k值方法驗(yàn)證

繞組溫度電阻法求k值方法試驗(yàn)步驟：

（1）設(shè)定恒溫恒濕環(huán)境試驗(yàn)箱溫度，把繞組放置于試驗(yàn)箱中穩(wěn)定足夠長的時間（至少48h），使繞組溫度與溫箱溫度充分穩(wěn)定，即認(rèn)為此時溫箱溫度是繞組溫度；

（2）測試此時繞組的繞組溫度和直流電阻；

（3）確定繞組的溫度限值，改變試驗(yàn)箱溫度，重復(fù)前兩個步驟，測試n個不同溫度點(diǎn)的繞組溫度和電阻數(shù)據(jù)；

（4）利用公式計算n-1個k值；

（5）求n-1個k值的平均值，即為該材料對應(yīng)的溫升公式中的k值。

試驗(yàn)中采用的儀器設(shè)備：PC36直流電阻測試儀測試?yán)@組直流電阻，恒溫恒濕試驗(yàn)箱（0～150℃，±2℃）提供不同的環(huán)境溫度，溫度巡檢儀測量溫度。此次采用銅繞組和鋁繞組進(jìn)行分別驗(yàn)證，同時也用該方法進(jìn)行銅包鋁繞組k值求取。

如表1所示。銅繞組k為234.5，這是標(biāo)準(zhǔn)給出的。按照繞組溫度電阻法，可以得到k的平均值234.4，很接近已知值，8個k值的標(biāo)準(zhǔn)差為1.50；而且從繞組溫度電阻測試數(shù)據(jù)趨勢圖（圖1）可以看出，測試銅繞組溫度電阻的數(shù)據(jù)呈線性變化，所有的測試數(shù)據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)為1（0.99998）。所以溫度電阻法能夠反應(yīng)銅繞組的溫度電阻變化趨勢，可以利用測試數(shù)據(jù)求得比較精確的k值。

表1：某銅繞組溫度電阻測試數(shù)據(jù)

圖1：某銅繞組溫度電阻測試數(shù)據(jù)趨勢圖

如表2所示，鋁繞組k為225，這是標(biāo)準(zhǔn)給出的。按照繞組溫度電阻法，可以得到k的平均值224.7，也接近于已知值，8個k值的標(biāo)準(zhǔn)差為1.11；而且從繞組溫度電阻測試數(shù)據(jù)趨勢圖（圖2）可以看出，測試鋁繞組溫度電阻的數(shù)據(jù)呈線性變化，所有的測試數(shù)據(jù)相關(guān)系數(shù)為1（0.99996）。所以溫度電阻法能夠反應(yīng)鋁繞組的溫度電阻變化趨勢，可以利用測試數(shù)據(jù)求得比較精確的k值。

表2：某鋁繞組溫度電阻測試數(shù)據(jù)

圖2：某鋁繞組溫度電阻測試數(shù)據(jù)趨勢圖

以上通過繞組溫度電阻法求得銅繞組和鋁繞組的k值，很接近標(biāo)準(zhǔn)給定值。所以該方法求取繞組k值具有實(shí)際可操作性。下面利用繞組溫度電阻法，采用相同的儀器設(shè)備進(jìn)行銅包鋁繞組（銅體積比 40%）溫度電阻測試，得到：

如表3所示，銅包鋁繞組（銅體積比 40%）的k值按照k=A×225+B×234.5 ；A 為鋁占銅包鋁線的體積百分比；B 為銅占銅包鋁線的體積百分比；225 為鋁線k值；234.5為銅線k值；計算得到k為228.8[2]。按照繞組溫度電阻法，可以得到k的平均值229.1，結(jié)果很相近。同時測試計算得到的8個k值的標(biāo)準(zhǔn)差為1.12，該繞組溫度電阻的數(shù)據(jù)趨勢圖（圖3）呈線性變化，數(shù)據(jù)相關(guān)系數(shù)為1（0.99997），溫度電阻數(shù)據(jù)反應(yīng)其溫度電阻變化趨勢，所以利用測試數(shù)據(jù)得到的k值比較精確。綜合利用繞組溫度電阻法得到銅繞組和鋁繞組k值結(jié)果和標(biāo)準(zhǔn)給定值的對比，以及銅包鋁繞組的k值結(jié)果與體積占比方法結(jié)果的對比，認(rèn)為繞組溫度電阻法得到k值比較精確。

表3：某銅包鋁繞組溫度電阻測試數(shù)據(jù)

圖3：某銅包鋁繞組溫度電阻測試數(shù)據(jù)趨勢圖

5 結(jié)束語

由此可見，采用繞組溫度電阻法可以得到較為精確的（未知銅包鋁線的銅鋁體積比或者合金金屬）未知繞組k值，進(jìn)而計算出繞組溫升，具有一定的實(shí)際可操作性。該方法對類似復(fù)合材料 k 值的計算有一定的借鑒意義。當(dāng)然試驗(yàn)用的電阻測量儀器、環(huán)境溫度提供設(shè)備和溫度測試儀器本身測量精度、誤差和穩(wěn)定性都會影響測試數(shù)據(jù)精度，最終影響k值的可靠性，采用更精密的儀器測量會取得更好的結(jié)果。