溫升試驗
關注創建者：匿名 創建時間：2026-01-04
溫升試驗的實例教程
在產品設計階段，進行溫升試驗是確保產品安全穩定工作的重要環節。
溫升試驗定義
溫升試驗是一種評估電子電氣設備在運行中各部件相對于環境溫度升高情況的測試。這種測試對于新產品或在生產工藝、主要部件材料有重大變更，以及損耗值超出標準的產品都是必要的。
溫升試驗的目的
溫升試驗旨在評估電器產品及其部件在溫度變化下的工作適應性，確保產品在實際使用中的安全性和可靠性。它有助于檢測產品是否滿足相關標準要求，并評估產品在溫度變化條件下的耐久性和可靠性。
溫升測試方法
溫升測試主要有兩種方法：熱電偶法和電阻法。
1. 熱電偶法：通過將熱電偶粘貼在設備部件表面，測量并計算出部件的溫升。在應用此方法時，需要考慮熱電偶、溫度測量儀器、膠黏劑、測試環境條件以及測試工程師操作水平等因素，以確保測試的準確性。
2. 電阻法：利用電機繞組電阻值隨溫度上升而增加的特性，通過測量電阻值來確定溫度。這種方法適用于電機等設備的溫升測試。
溫升測試流程
1. 確定受測元器件：選擇需要測試的設備部件。
2. 安裝熱電偶：將熱電偶粘貼到受測元器件上。
3. 設備運行：將設備運行在額定電壓和頻率的上限，輸出負載調整到要求的大小。
4. 達到熱平衡：讓設備持續工作，直到達到熱平衡狀態。
5. 記錄數據：記錄熱電偶的讀數，以評估溫升情況。
溫升試驗案例
隨著新能源汽車的快速發展，蓄電池控制單元（Battery Control Unit, BCU）作為電池管理系統的核心部件，其安全性和可靠性至關重要。在實際使用中，BCU可能會面臨高壓過流的極端工況，例如電池組短路或充電設備故障，導致電流異常升高。
展開 電機試驗平臺的技術參數并非一組固定的數字，而是根據被測電機的類型、功率等級和應用場景構成的一個多維度的指標體系。理解這些參數，是選擇、驗收或操作一臺試驗平臺的基礎。
我將這些參數歸納為核心性能指標、被測對象限制、測量與控制精度以及專項測試能力四個維度，并結合實際案例進行說明。
一、核心性能指標：決定平臺的能力邊界
這是衡量一臺試驗平臺“能不能測”以及“能測多大電機”的基礎參數。
功率范圍
這是比較直觀的選型指標。電機試驗平臺的功率覆蓋范圍相當廣，從用于微特電機的瓦級平臺，到用于大型工業電機的兆瓦級平臺都有。
小功率：例如用于測試伺服電機的平臺，功率范圍在5kW-10kW，甚至更小如100mNm級別的齒槽轉矩測試平臺。
中的功率：如華中科技大學搭建的60kW、250kW測試系統，用于新能源汽車或航空伺服電機研發。
大功率：浙江大學的永磁牽引電機測試平臺，其變頻電源系統功率達到了1MW，用于牽引電機的性能測試。而針對力矩電機的平臺，其額定扭矩加載點可達3000Nm。
轉速范圍
決定了平臺能測試電機的比較高轉速，對于高速電機（如主軸電機、無人機電機）至關重要。
常規轉速：0~5000rpm、8000rpm、10000rpm是比較常見的等級。
高轉速：隨著技術進步，轉速要求越來越高。例如，尼得科（Nidec）推出的電動汽車電機試驗臺，比較高支持轉速已達20,000rpm。近期的一些招標項目，甚至要求平臺能在0~20,000rpm范圍內可控運轉。
大力矩低轉速：與高轉速對應，一些大力矩平臺則強調低轉速下的大扭矩輸出，例如200rpm@3000Nm或1000rpm@5000Nm。
扭矩范圍
這是衡量電機輸出能力的關鍵。
微扭矩：對于微型電機，扭矩范圍可能在0~100mNm。
展開 1)采用IEEE Std C57.91 附錄G中的計算方法 求解型號為 S13-M(B)-400/10 的配電變壓器在過負荷溫升試驗中頂層油溫升與熱點溫升的變化情況
，計算結果表明最高的熱點溫升均出現在 2 倍負載結束時，此時礦物油浸漬牛皮紙配電變壓器熱點溫升 為 95.1K，超過了礦物油變壓器的熱點溫升限值78K，而植物油浸漬耐高溫紙配電變壓器的熱點溫升為 97.9K，并未超過對應高溫絕緣系統的溫升限值 110K。
2)在使用植物油FR3 浸漬耐高溫紙Nomex? T910的變壓器的繞組中安裝光纖傳感器測溫
，按配變過負荷溫升試驗曲線施加電流,測得 2 倍負載結束時最高的熱點溫升為 97.4K，與計算結果基本一致。驗證了使用IEEE Std C57.91中方法計算結果的有效性。因此，選擇植物油FR3 浸漬耐高溫紙 Nomex?T910 紙的絕緣系統作為能承受長期緊急過載配電變壓器的絕緣系統可滿足南方電網公司配變過負荷試驗的要求。
展開 冷卻風扇在散熱器上的布置
冷卻風扇在散熱器上的布置
圖6 酯液和礦物油的油流量、頂油溫度、繞組溫升、熱點溫度因冷卻風扇的不同布置而不同
圖6為冷卻風扇不同布置方式下的酯液和礦物油的油流量、頂油溫升、繞組溫升和熱點溫度。圖6中，油自然冷卻模式下的油流量一般受繞組結構內部的熱虹吸壓力誘導力(熱虹吸力)影響，總壓力損失將基于變壓器內部的液壓回路。天然酯液和合成酯液的流量分布基本一致，均在6.5 ~ 7.3 m3 /hr之間，而礦物油的流量分布較為均勻，通頂冷卻管道的流量較大。在酯液中，在相同的液體流動分布下，合成酯液比天然酯液具有更高的流動速率。
頂油溫升越低，熱性能越好，熱點溫度越低。酯液的最高油溫比礦物油高10%。由于溫度分布不均勻，繞組頂部的熱點溫度一般較大。礦物油、天然酯液和合成酯液的最高溫度位于高壓繞組的上部(第79餅)。研究發現，在兩種冷卻模式下，合成酯液變壓器油由于具有較高的粘度，其溫度高于天然酯液變壓器油。天然酯液和合成酯液的區別小于酯液和礦物油的區別。
在油自然冷卻模式下，油流入口速度越低，銅損耗越高，導致油流畸變越大，從而導致繞組頂部熱點溫度較高。因此，增大油流入口速度有助于改善油流分布，避免在繞組底部油流處的油滯留。油的粘度會影響壓力降隨繞組幾何形狀的變化，進而影響油流入口速度。如果變壓器填充酯液，為了比較酯液與礦物油的性能，應事先估計到油流通過入口速度的降低。
7 試驗分析
變壓器的熱性能可以通過THNM模型的熱建模和光纖傳感器測量的熱運行試驗來評估，其中熱點溫度是最重要的熱參數。根據IEC標準，傳統的變壓器熱性能評定主要是依靠廠內溫升試驗作為型式試驗，其中整體溫度參數(頂部油溫升、在不同的負載條件下，測量了底部油溫升和平均繞組溫升)與環境溫度的關系。
展開 在穩態情況下，根據熱平衡原理，節點6產生的熱量加上其他節點傳入節點6的熱量等于從節點6流出的熱量，可得節點6的熱平衡方程
2.3
熱網絡法仿真實例
利用第2節確定的電機參數，結合本節搭建的熱網絡模型，在表2中的典型工況下，假設初始環境溫度為25℃，散熱條件為自然風冷，仿真獲得的電機繞組端部及殼體的溫升曲線如圖2所示。從圖中可以看出,第2節電磁設計得到的電機方案，經過245s熱仿真，電機繞組端部溫度最高達到了115.2℃，殼體溫度達到97.74℃(受漆包線最高承溫限制，通常要求不超過200℃)。因此，表3電機方案滿足初步階段熱設計需求。
03
電機磁熱快速設計仿真方法校驗
為驗證所提方法的正確性及計算結果的準確度，將本文所提方法獲得的仿真結果分別與成熟商業軟件的仿真結果、實物試驗結果進行比對。其中電磁分析選用ANSYS/Rmxprt電機快速設計軟件，表4給出了商軟仿真結果、磁路法計算結果和樣機實測結果及其相對誤差。可以看出，磁路法與商軟的誤差最大為6.07%，最小為1.66%；而與實物樣機之間的最大誤差低于10%。
為與實物樣機溫升數據做對比，將溫升試驗工況(表5所示)賦予熱網絡模型中，其中初始溫度為38.1℃，得到繞組端部溫升仿真與試驗對比曲線，如圖3所示，具體數據及誤差如表6所示。由表６可以看出，利用熱網絡法得到的電機繞組端部溫升與試驗數據趨勢基本一致，最大誤差為7.3%，滿足方案設計階段對電機熱性能快速預估的需求。
展開 
溫升試驗的最新內容
安全與可靠性試驗：
溫升試驗：驗證電機在額定或過載條件下，各部位溫升是否符合絕緣等級要求。
過載能力測試：測試短時過載和比較大轉矩能力。
耐久性與壽命試驗：模擬長期或苛刻工況運行，評估其可靠性。
環境適應性試驗：在高低溫、濕熱、振動等環境下測試性能。
合規性與認證試驗：
依據國家、國際標準或行業規范進行測試，以滿足產品認證要求。
電機試驗平臺的技術參數并非一組固定的數字，而是根據被測電機的類型、功率等級和應用場景構成的一個多維度的指標體系。理解這些參數，是選擇、驗收或操作一臺試驗平臺的基礎。
我將這些參數歸納為核心性能指標、被測對象限制、測量與控制精度以及專項測試能力四個維度，并結合實際案例進行說明。
一、核心性能指標：決定平臺的能力邊界
這是衡量一臺試驗平臺“能不能測”以及“能測多大電機”的基礎參數。
功率范圍
主要技術要求：本文件規定了外轉子電動機試驗的基本要求，描述了空載試驗、溫升試驗、效率和功率因數的測定、堵轉試驗及其他試驗項目的試驗方法。
（3）GB/T 25738-2024 核電廠電動機調試技術導則
實施日期：2025-05-01
適用范圍：適用于核電廠交流異步電動機的調試。
主要技術要求：本文件規定了核電廠交流異步電動機的調試條件、調試方法、判斷標準、報告內容。
在產品設計階段，進行溫升試驗是確保產品安全穩定工作的重要環節。
溫升試驗定義
溫升試驗是一種評估電子電氣設備在運行中各部件相對于環境溫度升高情況的測試。這種測試對于新產品或在生產工藝、主要部件材料有重大變更，以及損耗值超出標準的產品都是必要的。
因此，試驗溫升速率也必須控制在合理的范圍內，以保證試驗的準確性和可靠性。
另外，試驗溫度對電機內部結構的影響也需要考慮。例如，高溫條件下電機內部絕緣材料會發生變形，導致電機內部短路，從而引起超速失效。因此，在超速試驗前，必須對電機進行充分的熱循環試驗，以確保其對高溫條件的適應性。
為與實物樣機溫升數據做對比，將溫升試驗工況(表5所示)賦予熱網絡模型中，其中初始溫度為38.1℃，得到繞組端部溫升仿真與試驗對比曲線，如圖3所示，具體數據及誤差如表6所示。由表６可以看出，利用熱網絡法得到的電機繞組端部溫升與試驗數據趨勢基本一致，最大誤差為7.3%，滿足方案設計階段對電機熱性能快速預估的需求。
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鍛件各工序變形量設定的基本原則為：在鍛透的前提下盡量保證終鍛溫度，同時變形體內部不能出現劇烈溫升，為了確保試驗順利進行，對鐓餅和終擴工序進行了模擬，分別如圖2 和圖3 所示。根據鍛件驗收標準Q/S 12.2402 及相關資料，本試驗鍛件熱處理制度為：一次退火，(900～980℃)×(90～100min)，空冷；二次退火，(500～540℃)×(300～360min)，空冷。
圖7 12.5/16MVA132/11kV變壓器散熱扇布置位置(H4)在散熱器4側(R4)
表3 實驗分析的測試配置
8 冷卻風扇的最佳配置
變壓器的熱性能主要取決于油溫和繞組溫升；熱運行試驗溫升值越低，熱性能越好，達到變壓器壽命的保證值。銅導體的機械強度高于固體絕緣(牛皮紙和紙板)和液體絕緣(油)，最高可達幾百攝氏度。
由于運行短路分斷后，還要承載額定電流，所以Ics短路試驗后還需增加一項溫升的復測試驗。Icu和Ics短路或實際考核的條件不同，后者比前者更嚴格、更困難，因此IEC947-2和GB14048.2確定Icu有四個或三個值，分別是25%、50%、75%和100%Icu(對A類斷路器，即塑殼式)或50%、75%、100%Icu(對B類斷路器，即萬能式或稱框架式)。
