电阻值变化法测试小型变压器绕阻温升方法浅析

1 测试目的及背景

温升试验是电气安全检测中一项基本的型式试验，它通常包括表面温升和绕阻温升两个项目。其中，表面温升的试验方法相对简单，主要考核物体表面温度与环境温度的差值是否满足限制条件，一般选用热电偶法进行测量；而电气产品的绕阻温升试验是考核带有绕阻结构的器具在运行中的发热情况和散热情况，判断绕阻工作是否正常等，是安全项目中的重要章节。例如电机、变压器等有绕阻的电器部件均应测试绕阻温升，其数值是通过绕阻公式计算得出的。一般情况下，热电偶法只能测得绕阻表面的温升，而嵌入到绕阻中的布点会破坏其正常工作，同时也不能很好的反应其区域温度，普遍测得产品的温升较低，从而误判合格。那么，在整机正常工作时，会使电器中微观区域环境温度过热，导致其他元器件失效甚至着火危险。所以，正确的检测方法是至关重要的，不但关系到产品质量，而且关系到消费者的人身安全，是保证人民生产生活的必要条件。

本人通过对GB/T 19212.1-2016《变压器、电抗器、电源装置及其组合的安全 第1部分：通用要求和试验》要求中相关条款的解读，结合实际测试实例，进行小型变压器类绕阻温升试验的解析，并确定准确的检测方法，提供给广大检测人员。

2 新版小型变压器标准内容

新版GB/T 19212.1-2016《变压器、电抗器、电源装置及其组合的安全 第1部分：通用要求和试验》中第14.1章条规定：在正常使用时，变压器及其支承件的温度不应过高。

变压器接到额定电源电压，并用一个能在额定输出电压以及在额定功率因数（对交流电流）下能产生额定输出的阻抗做负载。在达到稳定时，测量输出电流值。然后将电源电压升高10%，输出电流调节到与前面的测试值相同。对独立用变压器不调节输出电流。此后，电路无需再做改变。如果空载条件是较为不利的情况，则试验还要在空载条件下重复进行。

各绕阻的温度用电阻值变化法测量。

绕阻的温升值按下述公式计算：

式中：

X——对铜取234.5，对铝取225；

R1——在环境温度为t1时，试验开始时的电阻；

R2——当达到稳定状态时，试验结束时的电阻；

t2——试验结束时的环境温度。

图1 绕阻温升试验电路图

3 测试程序中关键步骤的确定

3.1 测试模型初步建立

按照额定电压和功率因数确定变压器在无损耗情况下的负载参数，标准中规定“用一个能在额定输出电压以及在额定功率因数（对交流电流）下能产生额定输出的阻抗做负载”，其中，额定阻抗是目标参数之一。我们在有损耗的正常试验中，如果想要保持已知的输出电压（制造商提供）、电流以及功率不变，几乎是不可能的，所以标准中的“阻抗”两字尤其重要。在调试试验电路时，阻抗是通过计算而得，无论输出电压、电流还是功率，只要提供其中两项参数，就很容易得出阻抗数值，并以该数值为目标参数加载在次级电路中，形成回路。此时试验电路搭建完毕。

3.2 测试电路最终确定

上述试验模型的正确与否关系到下一步最重要的目标值的确定，即输出电流I值的确定。I值和额定输出电流I额值不尽相同，不可混淆。I额值是由制造商提供或由额定功率和额定电压计算而得，但是I值则是测试模型初步建立时次级电路中的实测电流值，即正常情况下I应小于I额，这个I值才是试验电路中重要的目标值。

例如，一个内装式同心式绕阻结构的小型安全隔离变压器，其基本参数为：输入220V交流50Hz，输出24V交流，额定功率40W，负载功率因数1.0，绕阻材质为铜。通过已知参数，直接计算出额定阻抗为14.4Ω，cosΦ=1.0。接通负载14.4Ω，在额定电压条件下接通电路，记录次级I值，此处I值应是1.52A左右，而并不是计算出的I额=1.67A。

随后按照标准要求，额定电压升高10%，即升高电源电压到242V，此时调节阻抗，使得电流值保持在I值，电路无需再做改变，即电路模型及参数最终确定，试验开始，如图1所示试验电路，图1中，电源（稳压电源供电）：额定电压的1.1倍；电源（市电）：设备用电；电流表：监测电路通断。

3.3 绕阻断电瞬间R2的确定

试验建立稳定状态后，即可测量热态绕阻阻值，计算得出温升，单位为K。而断电瞬间R2的确定可有多种方法，比如，绕阻温升测试仪可直接读取通电时的热态绕阻阻值；也可是试验人员捕捉断电后5个以上的电阻值，建立坐标系，自行绘制趋势线，找到断电瞬间的电阻值；还可运用Excel中曲线拟合法回归到断电0s时的热态电阻值。举例说明，假设断电瞬间，试验人员开始用秒表计时，直到读出第一个电阻值R2（1）时，用时3s，随后每隔3s～5s记录一个电阻值，直到读出5个以上的有效数据，建立坐标系，设置横轴为时间（s），纵轴为热态电阻值（Ω），找到最合适的趋势线，选择该函数进行曲线拟合，得到t=0s时的电阻值R2（0），即是公式中的R2数值。

4 电阻变化测量温升的影响因素

积于多年从事安规检测和策划能力验证项目的经验，总结影响因素可分为三个方面。第一，I值的确定无法溯源。参数混淆，电路模型在初步建立时参数选择错误。第二，标准中很重要的一句是，“电路无需再作改变”。因为绕阻自身阻值和负载的阻值都会随着温度变化而变化，使得测试中的I值呈现不太稳定状态，这时不用不断调节负载使I保持不变，笔者认为，建立稳定状态之前都无需再做更改。第三，曲线拟合不准确。曲线拟合时最重要的是读入的第一个数值，在坐标系中一定不是R2（0）的电阻值，而是n（s）时的阻值，其中0～n这段时间差需要设备或者人员的介入来记录，这点很重要。

综上，虽然概述的是小型变压器类绕阻温升的测试方法，实则通用于各类电阻法测量绕阻温升的试验，只要能准确把握负载试验电路参数以及熟练掌握曲线拟合回归原点的方法，各类产品的绕阻温升试验均可迎刃而解。