未知材料繞組溫升k值測試方法

童李霞 王海萍

（江西省檢驗檢測認證總院工業產品檢驗檢測院 江西省南昌市 330052）

1 引言

繞組是由繞組線繞制而成，通過產生磁場或切割磁力線產生感應電流來實現電能和磁能的相互轉換，繞組是家用和類似用途電器中常用的部件。按導體材料可分為：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項目，GB 4706.1-2005中規定繞組溫升一般通過電阻法來確定，檢驗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

繞組導體（銅、鋁等金屬）的電阻與溫度之間有特定的規律，電阻法測繞組法測溫升就是通過繞組發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境溫度；

（2）在溫度升高后，再次測量繞組的直流電阻和環境溫度；

（3）利用電阻值變化關系來確定繞組溫度，測量結果是繞組溫度的平均值。

繞組溫升可以根據GB 4706.1-2005中給出的以下公式計算求得：

式中：

Δt——繞組溫升；

R1——試驗開始時繞組電阻；

R2——試驗結束時繞組電阻；

k——銅繞組：234.5；鋁繞組：225；

t1——試驗開始時的環境溫度；

t2——試驗結束時的環境溫度；

試驗開始時繞組溫度等于環境溫度t1，測試測量得到R1；試驗結束測得熱態電阻R2和環境溫度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律，而公式中的k就是其規律，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乘以每種金屬k值相加得到合金系數k[2]，但必須先了解每種合金成分比例，這在檢驗過程中比較難。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律（k值）的試驗方法。

3 繞組溫度電阻法求k值的原理

通過把繞組放置于設定的不同環境溫度中，穩定后測量繞組電阻，通過下面公式計算k值。因為是在恒溫恒濕環境試驗箱中測量繞組的電阻，可以忽略環境溫度的影響，即繞組溫升公式中的t1=t2，可以得到：

T2——熱態時繞組溫度（即恒溫恒濕環境試驗箱的溫度）；

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境試驗箱提供測試需要的環境溫度，直流電阻測試儀測量繞組電阻，測試n個不同溫度點的數據，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律，應用于繞組溫升公式進行繞組溫升計算。

4 繞組溫度電阻法求k值方法驗證

繞組溫度電阻法求k值方法試驗步驟：

（1）設定恒溫恒濕環境試驗箱溫度，把繞組放置于試驗箱中穩定足夠長的時間（至少48h），使繞組溫度與溫箱溫度充分穩定，即認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，改變試驗箱溫度，重復前兩個步驟，測試n個不同溫度點的繞組溫度和電阻數據；

（4）利用公式計算n-1個k值；

（5）求n-1個k值的平均值，即為該材料對應的溫升公式中的k值。

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

如表1所示。銅繞組k為234.5，這是標準給出的。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值的標準差為1.50；而且從繞組溫度電阻測試數據趨勢圖（圖1）可以看出，測試銅繞組溫度電阻的數據呈線性變化，所有的測試數據相關數據為1（0.99998）。所以溫度電阻法能夠反應銅繞組的溫度電阻變化趨勢，可以利用測試數據求得比較精確的k值。

表1：某銅繞組溫度電阻測試數據

圖1：某銅繞組溫度電阻測試數據趨勢圖

如表2所示，鋁繞組k為225，這是標準給出的。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值的標準差為1.11；而且從繞組溫度電阻測試數據趨勢圖（圖2）可以看出，測試鋁繞組溫度電阻的數據呈線性變化，所有的測試數據相關系數為1（0.99996）。所以溫度電阻法能夠反應鋁繞組的溫度電阻變化趨勢，可以利用測試數據求得比較精確的k值。

表2：某鋁繞組溫度電阻測試數據

圖2：某鋁繞組溫度電阻測試數據趨勢圖

以上通過繞組溫度電阻法求得銅繞組和鋁繞組的k值，很接近標準給定值。所以該方法求取繞組k值具有實際可操作性。下面利用繞組溫度電阻法，采用相同的儀器設備進行銅包鋁繞組（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，結果很相近。同時測試計算得到的8個k值的標準差為1.12，該繞組溫度電阻的數據趨勢圖（圖3）呈線性變化，數據相關系數為1（0.99997），溫度電阻數據反應其溫度電阻變化趨勢，所以利用測試數據得到的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值結果和標準給定值的對比，以及銅包鋁繞組的k值結果與體積占比方法結果的對比，認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據

圖3：某銅包鋁繞組溫度電阻測試數據趨勢圖

5 結束語

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，進而計算出繞組溫升，具有一定的實際可操作性。該方法對類似復合材料 k 值的計算有一定的借鑒意義。當然試驗用的電阻測量儀器、環境溫度提供設備和溫度測試儀器本身測量精度、誤差和穩定性都會影響測試數據精度，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果。