GB14048.4交流接触器温升试验

交流接触器温升试验浅析 电器在工作时 由于电流通过导体和线圈而产生电阻损耗 而这些损耗几乎全部转变 为热能 这些热能将影响电器工作的可靠性和使用寿命 电器产品中的金属材料在温度高达一定数值以后 其机械强度会显著降低 另外电器 的触头材料 除考虑机械强度外还要考虑它的氧化问题 一般金属材料的氧化物 银除外 都是电阻率很高的半导体 如铜触头氧化后的接触电阻将增大几十至几百倍 而且氧化的 速度与触头的温度有关 当触头温度高于70 80 时 氧化便会开始剧烈起来 还有电器 产品绝缘材料的绝缘强度随温度的升高也会逐渐降低 当绝缘材料的温度超过极限温度时 材料急剧老化 温度越高则老化越快 寿命也就越短 由于电器产品的材料在温度超过一定数值后其上述性能要变坏 因此为保证电器工作 的可靠性和使用寿命 根据材料的机械和绝缘等性能的条件 对电器发热部件的温升允许 极限值有明确的规定 温升试验就是测量电器的一些部件在规定的工作条件下的温升值 因此温升试验是试验中一个重要的安全检验项目 本文将根据GB14048 4 2010的规定 讨 论交流接触器温升试验的要求和方法 以及测量过程中的有关影响因素 交流接触器工作时的热源包括主回路和电磁系统两部分 主回路发热包括电流流过回 路导体时的损耗 动静触头接触电阻的损耗以及连接导线和接线端的损耗 电磁系统发热 包括线圈和分磁环的损耗以及铁磁体的损耗 因此根据标准规定交流接触器的温升试验主 要涉及以下几个方面 接线端子的温升 易接近部件的温升 线圈和电磁铁绕组的温升 1 交流接触器的温升试验要求 在GB14048 4 2010中 对交流接触器的发热部件规定了温升允许极限值 根据规定的 试验方法进行试验 所测得的电器各部件温升应不超过以下有关规定值 1 接线端子的温升 接线端子是用来与外部电路进行连接的电器部件 对于交流接触器来说主要包括主电 路的接线端子和辅助电路的接线端子 两种接线端子的温升不应超过GB14048 1 2006表2的 规定值 2 易接近部件的温升 易接近部件是指产品安装后在日常运行工作时人体易接近的电器部件 易接近部件的 温升不应超过GB14048 1 2006表3的规定值 3 线圈和电磁铁绕组的温升 根据工作制的不同 在进行线圈和电磁铁绕组温升试验时要求如下 工作制 主电路温升的试验电流 9 3 3 3 4 线圈和电磁铁绕组的温升 9 3 3 3 6 8h工作制 Ith 不间断工作制 Ie 与主电路温升同时进行 断续周期工作制 Ie 除了与主电路温升同时进行试验外 还应根 据其工作制的级别进行试验 试验时主电路 不通电 短时工作制或周 期工作制 Ie 在主电路不通电时进行试验 备注 Ith 约定自由空气发热电流 见5 3 2 1 Ie 额定工作电流 见5 3 2 5 在试验过程中线圈和电磁铁绕组的温升不应危及电器的载流部件和邻近部件 特别是 对绝缘材料 应符合绝缘材料耐热分级 应不超过GB14048 4 2010表5的规定值 表5 线圈和电磁铁绕组的温升极限 电阻法测得的温升极限 K绝缘材料等级 根据 GB T11021 2007 线圈在空气中线圈在油中 A8560 E10060 B11060 F135 H160 2 交流接触器的温升试验方法 温升试验的基本方法有以下几种 热电偶法 电阻法 接触式温度计法 非接触式温 度计法 交流接触器的温升试验过程中我们要根据不同的测量要求 采用相应的测量方法 1 接线端子和易接近部件表面温度的测量 交流接触器的接线端子和易接近部件的温升试验是测量它们的表面温度 应采用合适 的温度检测器测量其可能达到最高温度部位的温度 温度检测可以采用热电偶法 一定条 件下也可以采用温度计 1 用温度计测量 温度计的优点是构造简单 价格便宜 缺点是读数不便 热惯性大且易损坏 由于温 度计必须放置在电器部件上 以测量该点的最高温度 因此只能在被测部位有足够大的触 及面积且可以紧密接触 同时其温度也不会因温度计的存在而发生明显变化 并且不会损 坏电器的外壳或破坏其正常工作位置的情况下使用 然而 由于接触器接线端子和易接近 部件的跟温度计的触及面积太小 所以在接触器的温升试验中不采用温度计进行测量 2 用热电偶测量 热电偶具有尺寸小 便于放置 热惯性小 对被测点温升影响小 制造和使用方便等 优点 在电器温升试验中广泛用来测量温度 热电偶用于测量温度是利用了导体的热电效 应 所谓热点效应就是 当导体两端温度不平衡时就会在导体两端产生一定的电势 不同 导体产生的电势是不同的 如果把两种不同导体 分别表示热电偶的阳极和阴极 的一端 焊接到一起作为探测端 而将另一端 不焊在一起 作为采用端 这样在采样端就形成一 定的电位差 这个电位差的大小是随探测端的温度变化而变化的 热电偶的固定 固定热电偶的工作端时 应使其与被测部件表面之间有良好地热传导 且尽可能不影响被测点的温升 通常用以下3种方法固定 A 钻孔埋入法 先在被测点上钻一个小孔 孔的深度和直径略大于热电偶的工作端 然后将焊好的热电偶工作端放入孔中 四周用冲子冲挤固定或用导热性好的材料填充塞紧 B 锡焊固定法 用锡将热电偶工作端焊在被测点上 焊点不宜太大 表面要光滑 以 盖住热电偶工作端免受气流影响为限 C 胶粘固定法 将热电偶的工作端用薄薄一层快干胶 目前普遍采用502胶 压在被测 点上 待其固化后即可 以上三种固定方法的测温有一定的测温极限 目前502胶的耐热性较差 极限使用温度 在80 100 左右 因此胶粘固定法的测温范围一般在80 以下 锡焊固定法可用在焊锡的 软化温度 160 以下 钻孔埋入法可用到200 因此根据以往的试验数据 对于交流 接触的接线端子和易接近部件表面温度的测量用热电偶进行胶粘固定法测量可以准确的测 量它们的表面温度 2 线圈和电磁铁绕组温度的测量 线圈内部的温度分布是不均匀的 国家标准规定线圈的温度测量一般用电阻法 电阻 法测得的是线圈平均温度 故只能间接反映线圈内部发热情况 用电阻法测量线圈平均温 度 是利用金属导体电阻随温度变化的现象 线圈电阻与周围空气温度的关系如公式 1 所示 1 121 1 12 5 234 R R R TTTT 线圈绕组温升 K T R1 测量开始时线圈冷态电阻 R2 测量结束时线圈热态电阻 T1 测量开始时周围空气温度 T2 测量结束时周围空气温度 线圈的电阻常用电桥来测量 线圈冷态电阻在温升试验开始前测量 线圈温度与周围 空气温度的差异不应超过3K 线圈热态电阻应在温升试验结束后立即测量 2 交流接触器温升试验的影响因素 1 易接近部件温升试验的影响因素 易接近部件温升试验的影响因素 主要在于测量点的确定 易接近部件温升的测量点 首先要考虑该部件是否与较热的部件接触 如果有 则接触点是一个测量点 其次要考虑 该部件是否受到直接发热体或间接发热体的热辐射作用 如果是 受辐射的面也是一个测 量点 对位置相对固定的塑料件 绝缘材料等也可以按上述方法考虑外 还要注意这些绝 缘材料在正常工作中是否会接触到较高温度的部件 如果会 则具有较高温度部件的可接 触处就是这些绝缘材料的测量点 对于器具外表面 周围环境的温升测量点 可以通过对 热源位置的分析 通电发热后用手触摸感觉以及经验积累确定最热点 作为测量点 就交 流接触器而言主要指的是接触器的上面面板 以及两侧最接近线圈的位置 因为这两个部 位最接近交流接触器的两大发热源 在确定了测量点之后 就要将热电偶紧贴在被测点上 接触良好 使热电偶能充分感 受到被测点的温度 真实地反映被测点的温度 同时 又要避免热电偶的固定方法使被测 点的散热条件或受热条件发生变化 改变被测件的温度 因此固定热电偶的测量端时 即 要使其与被测表面之间有良好地热传导性 又要尽可能不影响被测点的温升 2 线圈和电磁铁绕组温升试验的影响因素 从公式1可以看出 影响的因素来自R1 R2 T1 T2的测量 控制好试验条件 改T 进测量手段 控制好这四个量的误差 就能减少的误差 以下就从几个主要方面分析T 如何减少这些影响因素对线圈和电磁铁绕组温升试验结果的影响 1 环境温度的测量 在公式1中T1和T2对有直接的影响 环境温度测量的误差直接反应到上 在温T T 升试验中对周围空气的温度要求比较严格 在9 3 3 3 1条款 引用标准GB14048 1 2006中 的8 3 3 3 1条款 中要求对周围空气温度进行测量是在试验周期的最后1 4时间内应记录 周围空气温度 测量时至少用两个温度检测器 如温度计或热电偶 均匀分布在被试电器 的周围 放置在被试电器高度的1 2处离开被试电器的距离约为1m 温度检测器应保证免受 气流 热辐射影响和由于温度迅速变化产生的显示误差 试验中 周围空气温度应在 10 40 之间 其变化应不超过10K 如果周围空气温度的变化超过3K 应按电器的热 时间常数用适当的修正系数对测得的部件温升予以修正 这是因为电器中导体的电阻和发 热功率随周围空气温度的不同而改变 周围空气温度的变化对电器的温度是有影响的 所 以在周围空气温度变化较大时 必须用修正系数消除其对温度测量结果的影响 2 R1和T1的一致性 在公式1中T1是试验开始时的室温 R1应该是对应室温T1温度下的电阻 这里R1和T1应 严格对应 但是实际试验过程中 线圈绕组中铜的温度和室温T1存在响应时间 R1和室温T1 也就不能严格对应 因此 刚刚测得的R1可能不是对应同时测得的室温T1的绕组冷态电阻 而是室温T1之前某一室温的冷态电阻 即R1对应T1存在误差 消除这种误差的办法是做好样 品的准备 应将样品在温度稳定 无强对流的环境中放置一定时间 这就要求测量前 放 置样品实验室不能有大的室温波动 实际测量中 样品放置时间太长也不实际 一般在恒 温环境中4 5小时为宜 3 对热稳定状态的判断 对同一的产品 不同的测量周期 每次达到热稳定的时间可能都不同 把握好测量周 期很有好处 这直接关系到R2的读取 从而影响 产品运转时间太短 产品未充分发T 热 会导致测量结果偏小 试验时间太长 稳压电源也会受到电网周期性的波动影响 导 致样品的供电发生明显波动 因此要严格采取同一测量周期中 按每隔一小时的时间间隔 进行多点测量 若相邻的两个测量点求的的不超过1K 就认为产品已达到热稳定状态 T 根据以往试验过程中的记录 大多数的样品一般在试验开始3 4小时后就开始趋向于热稳定 状态 对于一些线圈绕组的电阻值比较小 如只有几十欧姆的交流接触器线圈 它的线圈 一般至少需要5个小时才能达到热稳定状态 通过以上几个方面对交流接触器温升试验的要求 方法以及试验过程中影响因素的分 析和讨论 在温升试验过程中为了减少这些影响因素对测量结果造成的误差 我们首先在 样品开始试验时 对样品要有一个预处理程序这样才能使样品和周围空气温度达到一定的 平衡状态 在试验过程中 我们要