未知材料绕组温升k值测试方法

童李霞 王海萍

（江西省检验检测认证总院工业产品检验检测院 江西省南昌市 330052）

1 引言

绕组是由绕组线绕制而成，通过产生磁场或切割磁力线产生感应电流来实现电能和磁能的相互转换，绕组是家用和类似用途电器中常用的部件。按导体材料可分为：铜绕组，铝绕组，合金绕组等。绕组温升是家用和类似用途电器的常见检验项目，GB 4706.1-2005中规定绕组温升一般通过电阻法来确定，检验人员非常熟悉电阻法来确定铜或铝绕组温升，也清楚绕组温升公式中的系数k是绕组温升测试的前提条件。

2 电阻法测绕组温升的原理

绕组导体（铜、铝等金属）的电阻与温度之间有特定的规律，电阻法测绕组法测温升就是通过绕组发热时电阻与初始电阻的变化来推算绕组温度[1]。具体方法：

（1）测量绕组的初始直流电阻和环境温度；

（2）在温度升高后，再次测量绕组的直流电阻和环境温度；

（3）利用电阻值变化关系来确定绕组温度，测量结果是绕组温度的平均值。

绕组温升可以根据GB 4706.1-2005中给出的以下公式计算求得：

式中：

Δt——绕组温升；

R1——试验开始时绕组电阻；

R2——试验结束时绕组电阻；

k——铜绕组：234.5；铝绕组：225；

t1——试验开始时的环境温度；

t2——试验结束时的环境温度；

试验开始时绕组温度等于环境温度t1，测试测量得到R1；试验结束测得热态电阻R2和环境温度t2，代入绕组温升公式即可计算得到绕组温升值。

前面提及铜、铝等金属，其电阻与温度之间有特定的规律，而公式中的k就是其规律，但是在未知绕组材料的情况下，或者对于合金，k不是已知的，那该如何用电阻法计算绕组温升呢？有论文提到用金属的体积百分比系数乘以每种金属k值相加得到合金系数k[2]，但必须先了解每种合金成分比例，这在检验过程中比较难。下面介绍一种通过测量绕组不同温度下的电阻，利用公式求得绕组温度随电阻变化规律（k值）的试验方法。

3 绕组温度电阻法求k值的原理

通过把绕组放置于设定的不同环境温度中，稳定后测量绕组电阻，通过下面公式计算k值。因为是在恒温恒湿环境试验箱中测量绕组的电阻，可以忽略环境温度的影响，即绕组温升公式中的t1=t2，可以得到：

T2——热态时绕组温度（即恒温恒湿环境试验箱的温度）；

从上式看出，通过测量绕组在不同温度的电阻，可以计算k值。首先利用高精度恒温恒湿环境试验箱提供测试需要的环境温度，直流电阻测试仪测量绕组电阻，测试n个不同温度点的数据，可以计算得到n-1个k值，然后求n-1个k值的平均值即为该绕组电阻随温度变化的规律，应用于绕组温升公式进行绕组温升计算。

4 绕组温度电阻法求k值方法验证

绕组温度电阻法求k值方法试验步骤：

（1）设定恒温恒湿环境试验箱温度，把绕组放置于试验箱中稳定足够长的时间（至少48h），使绕组温度与温箱温度充分稳定，即认为此时温箱温度是绕组温度；

（2）测试此时绕组的绕组温度和直流电阻；

（3）确定绕组的温度限值，改变试验箱温度，重复前两个步骤，测试n个不同温度点的绕组温度和电阻数据；

（4）利用公式计算n-1个k值；

（5）求n-1个k值的平均值，即为该材料对应的温升公式中的k值。

试验中采用的仪器设备：PC36直流电阻测试仪测试绕组直流电阻，恒温恒湿试验箱（0～150℃，±2℃）提供不同的环境温度，温度巡检仪测量温度。此次采用铜绕组和铝绕组进行分别验证，同时也用该方法进行铜包铝绕组k值求取。

如表1所示。铜绕组k为234.5，这是标准给出的。按照绕组温度电阻法，可以得到k的平均值234.4，很接近已知值，8个k值的标准差为1.50；而且从绕组温度电阻测试数据趋势图（图1）可以看出，测试铜绕组温度电阻的数据呈线性变化，所有的测试数据相关数据为1（0.99998）。所以温度电阻法能够反应铜绕组的温度电阻变化趋势，可以利用测试数据求得比较精确的k值。

表1：某铜绕组温度电阻测试数据

图1：某铜绕组温度电阻测试数据趋势图

如表2所示，铝绕组k为225，这是标准给出的。按照绕组温度电阻法，可以得到k的平均值224.7，也接近于已知值，8个k值的标准差为1.11；而且从绕组温度电阻测试数据趋势图（图2）可以看出，测试铝绕组温度电阻的数据呈线性变化，所有的测试数据相关系数为1（0.99996）。所以温度电阻法能够反应铝绕组的温度电阻变化趋势，可以利用测试数据求得比较精确的k值。

表2：某铝绕组温度电阻测试数据

图2：某铝绕组温度电阻测试数据趋势图

以上通过绕组温度电阻法求得铜绕组和铝绕组的k值，很接近标准给定值。所以该方法求取绕组k值具有实际可操作性。下面利用绕组温度电阻法，采用相同的仪器设备进行铜包铝绕组（铜体积比 40%）温度电阻测试，得到：

如表3所示，铜包铝绕组（铜体积比 40%）的k值按照k=A×225+B×234.5 ；A 为铝占铜包铝线的体积百分比；B 为铜占铜包铝线的体积百分比；225 为铝线k值；234.5为铜线k值；计算得到k为228.8[2]。按照绕组温度电阻法，可以得到k的平均值229.1，结果很相近。同时测试计算得到的8个k值的标准差为1.12，该绕组温度电阻的数据趋势图（图3）呈线性变化，数据相关系数为1（0.99997），温度电阻数据反应其温度电阻变化趋势，所以利用测试数据得到的k值比较精确。综合利用绕组温度电阻法得到铜绕组和铝绕组k值结果和标准给定值的对比，以及铜包铝绕组的k值结果与体积占比方法结果的对比，认为绕组温度电阻法得到k值比较精确。

表3：某铜包铝绕组温度电阻测试数据

图3：某铜包铝绕组温度电阻测试数据趋势图

5 结束语

由此可见，采用绕组温度电阻法可以得到较为精确的（未知铜包铝线的铜铝体积比或者合金金属）未知绕组k值，进而计算出绕组温升，具有一定的实际可操作性。该方法对类似复合材料 k 值的计算有一定的借鉴意义。当然试验用的电阻测量仪器、环境温度提供设备和温度测试仪器本身测量精度、误差和稳定性都会影响测试数据精度，最终影响k值的可靠性，采用更精密的仪器测量会取得更好的结果。