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變壓器感應(yīng)絕緣耐壓測試儀技術(shù)原理及應(yīng)用
[ 2009-8-17 ] [轉(zhuǎn)載請注明來源：就是要儀器網(wǎng) www.bedgirls.com]
摘 要：文章簡單介紹了變壓器感應(yīng)絕緣耐壓測試儀的組成原理及特點，并對其應(yīng)用范圍和應(yīng)用方法作了詳細的說明，最后結(jié)合5W小型變壓器的測試實例介紹功率判定變壓器匝間短路的方法。
變壓器感應(yīng)絕緣耐壓測試儀檢測原理
相對于變壓器的主絕緣即繞組與繞組之間以及繞組與鐵芯之間的絕緣而言，變壓器還有另外一項重要的絕緣性能指標――縱絕緣。縱絕緣是指變壓器繞組具有不同電位的不同點和不同部位之間的絕緣，主要包括繞組匝間、層間和段間的絕緣性能，而國家標準和國際電工委員會（IEC）標準中規(guī)定的“感應(yīng)耐壓試驗”則是專門用于檢驗變壓器縱絕緣性能的測試方法之一。
變壓器的縱絕緣主要依賴于繞組內(nèi)的絕緣介質(zhì)——漆包線本身的絕緣漆、變壓器油、絕緣紙、浸漬漆和絕緣膠等等（不同種類的變壓器可能包含其中一種或多種絕緣介質(zhì)）；縱絕緣電介質(zhì)很難保證100%的純凈度，難免混含固體雜質(zhì)、氣泡或水份等，生產(chǎn)過程中也會受到不同程度的損傷；變壓器工作時的最高場強集中在這些缺陷處，長期負載運作的溫升又降低絕緣介質(zhì)的擊穿電壓，造成局部放電，電介質(zhì)通過外施交變電場吸收的功率即介質(zhì)損耗會顯著增加，導(dǎo)致電介質(zhì)發(fā)熱嚴重，介質(zhì)電導(dǎo)增大，該部位的大電流也會產(chǎn)生熱量，就會使電介質(zhì)的溫度繼續(xù)升高，而溫度的升高反過來又使電介質(zhì)的電導(dǎo)增加。如此長期惡性循環(huán)下去，最后導(dǎo)致電介質(zhì)的熱擊穿和整個變壓器的毀壞。這一故障表現(xiàn)在變壓器的特性上就是空載電流和空載功耗顯著增加，并且繞組有灼熱、飛弧、振動和嘯叫等不良現(xiàn)象。可見利用感應(yīng)耐壓試驗檢測出變壓器是否含有縱絕緣缺陷是極其必要的。
變壓器剛出產(chǎn)時，沒有經(jīng)過惡劣環(huán)境長時間的考驗，外施其額定電壓和頻率的電源作試驗，繞組匝間、層間和段間的電壓不足以達到電介質(zhì)缺陷處的擊穿電壓難以造成這些絕緣缺陷處的放電和擊穿，這種存在絕緣故障隱患的變壓器與絕緣性能良好的同類變壓器的空載電流和空載功耗沒有太大的差別，故而難以發(fā)現(xiàn)這些隱患；
而感應(yīng)耐壓試驗給變壓器施加２倍額定電壓以上的電壓，可在縱絕緣缺陷處建立更高更集中的場強，繞組匝間、層間和段間的電壓達到并超過電介質(zhì)缺陷處的擊穿電壓；感應(yīng)耐壓試驗給變壓器施加頻率在２倍的額定頻率以上，較高的頻率又可以大大降低固體電介質(zhì)的擊穿電壓，使得絕緣缺陷更容易被擊穿；感應(yīng)耐壓試驗所規(guī)定的外施電壓的作用時間亦可保證絕緣缺陷的擊穿；故感應(yīng)耐壓試驗可以可靠地檢測出變壓器縱絕緣性能的好壞。
感應(yīng)耐壓試驗給變壓器施加電源的頻率之所以在２倍的額定頻率以上，是因為：變壓器的激磁電流i――主磁通振幅Фm的特性曲線一般設(shè)計在額定頻率和額定電壓下接近彎曲飽和部分（如圖1所示），又因在電源頻率不變的情況下，主磁通Фm決定于外施電壓U:
U= E=4.44WfФm Фm
U ――外施電源電壓，V △Фm
E ――加電繞組的感應(yīng)電動勢，V
f ――外施電源頻率，Hz
W――加電繞組的匝數(shù)，n
所以給變壓器加２倍額定電壓以上的電壓 △i i
必然會導(dǎo)致鐵芯嚴重飽和，主磁通Фm增大△Фm， 圖 1
由圖1可知激磁電流i會急劇增加，致使變壓器發(fā) 熱燒毀；為使變壓器在加２倍壓以上鐵芯仍不飽和，則需要提高電源的頻率至２倍頻以上。
感應(yīng)耐壓試驗給變壓器原邊加２倍壓以上，２倍頻以上的電源，變壓器的主磁通會使原邊和副邊同時感應(yīng)出感應(yīng)電動勢E1和E2，且分別是其額定工作狀態(tài)下的２倍以上，所以感應(yīng)耐壓試驗可以同時對主、副繞組進行縱絕緣性能的測試。當然，我們也完全可以根據(jù)需要從變壓器的副邊進行測試，不過所施加的電壓應(yīng)當是變壓器額定工作狀態(tài)下空載電壓的２倍以上，頻率同樣是額定頻率的２倍以上。
艾諾變壓器專用感應(yīng)耐壓測試儀系統(tǒng)組成原理
艾諾公司推出的變壓器專用感應(yīng)耐壓測試儀是以intel公司80c196kc單片機芯片作為系統(tǒng)的控制和運算核心，由測量電路、控制切換電路、功率模塊及用戶界面電路共同組成，其關(guān)鍵技術(shù)為變頻調(diào)壓和精密測量。
艾諾變壓器專用感應(yīng)耐壓測試儀AN96803產(chǎn)品特點
1、高精度電流、 功率測量
針對市場與技術(shù)調(diào)研結(jié)果，用戶對于感應(yīng)耐壓測試中，小電流、小功率測試有很大的應(yīng)用領(lǐng)域，AN96803提高了電流和功率測量顯示的分辨率，電流低檔0.50-30.00mA分辨率0.01mA/高檔30.0-300.0mA分辨率0.1mA，電流高低檔精度均為±(0.4%讀數(shù)值+0.1%量程值)，功率低檔0.50W-20.00W分辨率0.01W\高檔20W~300W分辨率0.1W，功率高低檔誤差均為±(0.8%讀數(shù)值+0.2%量程值)。電流、功率可保證精度的量程由0.50mA-300.0mA，0.50W-300W可滿足用戶對測量精度的要求。
2、具有高精度有功功率測量，可更有效的協(xié)助用于某些微型電子變壓器的匝間短路判定。
在微型電子變壓器中，由于匝數(shù)多（數(shù)千匝以上），線徑細（漆包導(dǎo)線直徑0.1mm以下），在短路數(shù)匝到數(shù)十匝的情況下，與正常的變壓器相比，倍頻倍壓下的測試電流變化沒有有功功率變化明顯（短路10匝一般變化在50%左右），實驗結(jié)果表明，有匝間短路的情況下，變壓器的功率因數(shù)增大，有功功率增大，因此可作為微型電子變壓器匝間短路判定的依據(jù)，更準確地對變壓器的性能進行判斷。下面5W小型變壓器初級短路的測試報告數(shù)據(jù)可表明這個問題。
因此，電流、功率、功率因數(shù)指標都可做為變壓器匝間短路的判定依據(jù)，其中功率測量方法，可以作為最好的判定依據(jù)。而且AN968測試儀由于采用感應(yīng)耐壓測試方式，進行無損檢測，不對被測試負載造成破壞，在保證更優(yōu)測試質(zhì)量的前提下，可以更大的提高生產(chǎn)效率，降低原材料損耗。
所以艾諾AN968系列變壓器感應(yīng)耐壓測試儀可以在保證無損檢測的基礎(chǔ)上更好更有效的檢驗出變壓器的縱絕緣性能的好壞，更適用于變壓器流水線、實驗室檢測。
詳細內(nèi)容請參看以下內(nèi)容：
關(guān)于變壓器匝間短路功率測量法介紹
1、從理論分析：
變壓器空載電流公式
注: Ⅰco為鐵損電流,與匝數(shù)無關(guān), Ⅰφo為磁化電流,與變壓器初級匝數(shù)成反比,如果變壓器有短路匝,造成空載電流Ⅰo變大.
變壓器空載損耗公式
注: Pco 鐵損損耗, r1 (20℃)為初級銅阻
從上述公式看,空載損耗與空載電流的平方成正比關(guān)系,這樣與變壓器初級匝數(shù)的平方成反比關(guān)系.因此,變壓器有短路匝數(shù)時,空載損耗變化量要比空載電流變化量大得多。
5W小型變壓器測試實例
|
|
|
空載 |
短路10匝（0.07） |
短路20匝（0.07） |
短路40匝（0.07） | ||||||||
|
頻率 |
P/I |
220V |
440V |
660V |
220V |
440V |
660V |
220V |
440V |
660V |
220V |
440V |
660V |
|
50 |
I(mA) |
18.3 |
|
|
18.5 |
|
|
18.7 |
|
|
19.4 |
|
|
|
P(W) |
1.1 |
|
|
1.4 |
|
|
1.7 |
|
|
2.1 |
|
| |
|
100 |
I(mA) |
5.3 |
19.1 |
|
6.4 |
19.7 |
|
7.4 |
20.8 |
|
9.4 |
22.6 |
|
|
P(W) |
0.6 |
2.7 |
|
0.9 |
3.8 |
|
1.2 |
4.8 |
|
1.7 |
6.3 |
| |
|
150 |
I(mA) |
4.2 |
8.0 |
19.6 |
5.4 |
9.8 |
21 |
6.5 |
11.7 |
22.6 |
8.5 |
14.7 |
25.4 |
|
P(W) |
0.6 |
2.3 |
4.8 |
0.8 |
3.4 |
7.2 |
1.1 |
4.3 |
9.1 |
1.6 |
5.8 |
11.8 | |
|
200 |
I(mA) |
3.7 |
6.3 |
10.2 |
4.9 |
8.3 |
12.9 |
6.0 |
10.4 |
15.3 |
8.1 |
13.6 |
19.1 |
|
P(W) |
0.5 |
2.0 |
4.4 |
0.7 |
3.2 |
6.8 |
1.0 |
4.0 |
8.6 |
1.6 |
5.6 |
11.3 | |
|
300 |
I(mA) |
3.2 |
5.0 |
7.1 |
4.3 |
7.3 |
10.2 |
5.4 |
9.3 |
12.7 |
7.6 |
12.6 |
16.6 |
|
P(W) |
0.3 |
1.7 |
3.7 |
0.6 |
2.8 |
6.0 |
1.0 |
3.8 |
7.9 |
1.5 |
5.3 |
10.5 | |
|
400 |
I(mA) |
2.8 |
4.4 |
6.0 |
3.9 |
6.7 |
9.3 |
5.1 |
8.8 |
11.9 |
7.2 |
12.2 |
15.7 |
|
P(W) |
0.2 |
1.5 |
3.3 |
0.7 |
2.7 |
5.7 |
0.9 |
3.7 |
7.6 |
1.5 |
5.2 |
10.0 | |
|
450 |
I(mA) |
2.6 |
4.2 |
5.6 |
3.8 |
6.5 |
8.9 |
5.0 |
8.6 |
11.5 |
7.1 |
11.9 |
15.3 |
|
P(W) |
0.2 |
1.5 |
3.3 |
0.6 |
2.6 |
5.5 |
0.9 |
3.5 |
7.2 |
1.4 |
5.0 |
9.8 | |
由上述測試報告計算出短路時電流I和功率P相對于正常時即空載時電流I和功率P的變化率，即ΔI=I短路/I空載，ΔP=P短路/P空載，由此得出在各短路匝數(shù)和各電壓頻率下電流和功率相對于正常空載時的變化率，如圖2所示，由圖中曲線可以看出功率變化率均大于電流的變化率，而且隨著短路匝數(shù)的增加功率的變化率大于電流的變化率的趨勢更加明顯，實驗數(shù)據(jù)與理論公式相符。
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