余元骏 周 平 陈海燕

（1.重庆医疗器械质量检验中心 400023； 2.重庆医疗器械质量检验中心 400023；3.重庆医疗器械质量检验中心 400023）

0 引言

目前，变压器作为传递电压及功率的关键元器件已被广泛应用于家电产品、消费类电子产品、信息技术产品等产品中，而隔离变压器由于其电气隔离作用则被广泛的应用于医用电气设备中。

由于变压器在短路或长时间过载工作时会产生大量的热量，从而会导致绝缘失效而引发触电危险和着火危险，因此，对于在患者环境内使用的医用电气设备对变压器的安全则有更高的要求，变压器温升的测量成为了变压器性能考核指标中一个必不可少的项目，在GB 9706.1、GB 4706.1、GB 8898和GB 4943等标准中都具有该项性能指标的检测要求。

变压器温升试验具有一定的复杂性和不确定度，本文以近期CNAS实验室能力验证的变压器绕组温升测试比对试验为例，就电阻法测试变压器绕组温升试验进行介绍交流。

1 电阻法测量变压器温升的优势

电阻法是基于金属导体的电阻值随温度升高而增加的特性来进行温度测量的，其主要特点是测量精度高，性能稳定，所测得的温升为绕组的平均温升，而采用非接触式的红外测温仪法和在变压器表面布点的热电偶法则只能对变压器表面温升进行测量，并不能代表变压器整个绕组的温升情况，而且此两种方法测量误差较大，对环境要求极高，只能作为变压器温升测试过程中的辅助手段，起到粗略的温度监测作用，而电阻法则有效避免了这些问题，成为目前最常用的一种温升检测方法。

2 电阻法测试变压器绕组温升的步骤

以一次CNAS实验室能力验证的变压器绕组温升测试比对试验为例，样品为中国家用电器研究院提供：

此次试验样品为1个一般用途安全隔离变压器，额定值为初级： 220V～ 50Hz，次级24V～120mA，负载功率因数为1.0，变压器的绕组材质为铜，并列式结构。

1将样品和测试设备放在23℃±2℃，相对湿度为60%±15%，相对大气压为860hPa～1060hPa的无强对流空气的环境内进行预处理，至少为24h，使其和环境达到热平衡。此次试验实际预处理环境温度在大多数时间为：21.6℃，相对湿度为：55%，相对大气压为：980hPa，预处理时间为：24h；

2试验前，进行必要的准备工作：

将样品立放于一个涂有无光黑漆的胶合板上，尽量靠近试验角各边壁；

进行必要的测试连接，如连接输入导线、输出导线、负载阻抗等；

在初级绕组绝缘表面中心的位置布置热电偶，用于监测绕组温度变化情况(如图1“×”所示)；

在距样品中心水平400mm、垂直400mm的位置布置环境温度测点（如图2所示）；

3试验开始时，测量样品初级绕组的阻值R1及对应的环境温度t1。此次试验测得变压器初级绕组的初始电阻R1为：657.8Ω，所用测试设备（可自行选择）为：双显示数字电表；

4将样品的初级绕组连接到额定电源上（此次试验要求为220V～ 50Hz），并用一个能在额定输出电压以及额定功率因数下能产生额定输出的阻抗做负载，然后将电源电压升高至标准规定值（此次试验要求为233.2V），整个试验期间保持该电压不变，直至样品工作温度达到稳定。此次试验中，样品次级实际使用的负载阻值为：200Ω，次级电流为：0.120A，在初级绕组表面布置的热电偶所监测到的温度稳定在58.3℃～58.6℃范围内，视作为样品温度达到稳定状态，所用时间为：180min，所用测试设备（可自行选择）为：交流稳压电源、万用表、双探头热电偶点温度计；

图1

图2

5断电后，记录断电时刻的环境温度t2，并尽快地在每隔一段稍短的间隔时间读取各次电阻测量值，此次试验为每秒读一个数据，通过曲线拟合的方式确定断电时刻的绕组阻值R2。测试数据如下表（可自行取更多点）：

此次试验要求表中数据保留为整数位

时间t（s）1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11电阻R（Ω）779 777 776 775 775 774 774 773 773 773 772

将数据代入曲线拟合软件，通过分析选择最接近实际情况的拟合曲线（此次试验为多项式拟合曲线），取X轴0点所对应的Y轴值，得到实际R2：779.6Ω。所用测试设备（可自行选择）为：双显示数字电表、电子秒表。

6使用下述公式计算样品初级绕组的温升：

此次试验相关测试数据

试验开始时的环境温度t1 21.6℃试验开始时的冷态电阻R1 657.8Ω试验结束时的环境温度t2 22.3℃试验结束时的电阻R2 779.6Ω X 234.5

将上述数据代入公式计算得到最终结果△t=46.7K（保留到小数点后1位），靠近此次比对结果理论中值45.8K。

3 电阻法测量变压器温升时需要注意的问题

1测试前需要确认变压器绕组所用的材料，绕组大多采用纯金属材料制成，目前应用最多的是铜和铝，也已有其他金属材料开始投入生产，需注意的是不同金属材料对应的绕组温升中的X值不同，对铜绕组X=234.5，对铝绕组X=225；

2被测温度的变换是直接通过电阻阻值的变化来测量的，因此电阻法引出线等各种导线电阻的变化会给温度测量带来影响，为消除引线电阻的影响一般采用四线制测量方式，在选取测试设备时需注意；

3测试环境温度的热电偶探头应保持在测试角内，不能靠近被测样品，以免受样品温度的影响；

4外接供电用电源线应选用电阻值尽可能小的导线，以免影响R2的测量；

5充分保证样品的预处理时间，不能少于24h；

6负载电阻必须为纯阻，避免感抗造成的影响；

7必须确保样品在通电后达到所采用标准意义上的热稳定状态；

⑧采用线性回归法分析R2时，在记录数据时，读数间隔不能过长（建议不超过3s），记录的点不能太少（建议不低于10个）。

4 结束语

在实验室测量用仪器设备愈发先进的今天，带电绕组温升测试仪改变了温升试验中传统的测量热态电阻的方法，可在线显示并打印出电阻、温升、运行时间等参数，降低了操作技术难度，提高了效率，但其测量原理归根到底仍然是电阻法，而且带电绕组温升测试仪在测量开关电源中的高频变压器时容易被高频信号干扰，最终还是只能采取电阻法断电测试，由此可见电阻法测量绕组温升在变压器试验中的深远意义。

［1]GB 9706.1-2007《医用电气设备 第1部分：安全通用要求》

［2]GB 4706.1-2005《家用和类似用途电器的安全 第1部分：通用要求》

［3]GB 19212.1-2008《电力变压器、电源、电抗器和类似产品的安全 第1部分：通用要求和试验》

［4]林联君，关于变压器温升测试的讨论，中国医疗器械信息

［5]张志清，医用电源变压器检测方法的研究，中国医疗器械信息

［6]刘群兴，变压器绕组热阻一时间特性的动态同步测试，中国电子学会可靠性分会第十四届学术年会

［7]孙禄明，变压器绕组温升的测量，电子质量

［8]张红，开关电源变压器温升测试的探讨，安全与电磁兼容