绕组短路检测方法
本文档概述了 AT 系列测试仪用于查找短路绕组的方法
1. 短路匝检测和测试简介
电感器由一段导线组成，通常缠绕在磁芯上。
磁芯通常是某种类型的磁性材料，例如铁或铁氧体，但有时也使用空气磁芯。
电线被称为“绕组”，该绕组由多匝组成。
一般来说，电感器是单绕组，而变压器大多有多个绕组（也有特殊情况，例如只有单个绕组的“汽车变压器”），并且在许多变压器中，各个绕组可以使用不同的线径。
使用大量匝数和/或使用非常细的电线缠绕的电感器和/或变压器需要一种检测是否存在短路匝数的方法，以及对绕组施加应力的能力，以便检测缺陷或潜在的弱点。随着时间的推移，绕组绝缘可能会成为薄弱环节。
绕组缺陷通常可归因于变压器制造过程中物理损坏造成的搪瓷损坏，或原线本身制造过程中的缺陷。
如果在制造时未检测到，这些缺陷可能会导致正常运行期间匝间短路。
短路时电流增加所产生的高温将很快导致铜熔化并形成低电阻点焊。
这种低电阻短路将完全短路一匝，影响绕组的性能，从而影响整个变压器的性能。
2. 检测短路匝数
Voltechs AT 测试仪可通过两种测试方法检测短路匝和潜在薄弱区域：
浪涌或脉冲测试 (SURG) - 适用于细线或高压绕组。
压力瓦茨测试。 (STRW / STRX) - 适用于线电压绕组。
在以下两种情况下，我们将讨论对初级施加压力的影响，但请记住，通过所有绕组上的电压的基本感应，您将测试变压器上所有绕组的寿命。
因此，您应该始终对匝数最多的绕组进行压力测试，因为这将确保您在任何绕组上感应的电压不会超过产生的电压，从而保护 UUT 和 AT 测试仪。
2.1 浪涌或脉冲测试（100 V - 5 kV DC）
由于此类测试没有通用定义的方法或测量参数，因此需要一个完美的示例组件来进行比较测试。
完美的组件会对基准进行测量，将测量结果作为比较值。
所需的电压水平和脉冲数量取决于组件绕组所需的总应力。
例如，在发生雷电三轮车的情况下，电源驱动变压器可能会经历来自原始电源的高达 2 kV 的尖峰，因此电压水平为 3 kV 的三个脉冲应充分测试绕组并对其施加应力，以确保匝间绝缘缺陷。
每个注入的高压脉冲将产生瞬态电压的定义的特征衰减时间。
绝缘不良和/或短路匝会耗散部分能量，导致衰减时间缩短。
图 1（浪涌测试中一个脉冲的衰减与时间的关系，左 = 良好部分，右 = 不良部分）。
AT 系列“SURGE”测试提供 100 V 至 5 kV 的高压浪涌测试，并可选择 1 至 99 个脉冲
通过将电容器放电到被测部件的绕组中来产生测试信号，然后测量电容器（在AT中）和电感器（UUT）之间的谐振关系的长度
如果测试程序请求多个脉冲，那么一旦 AT 检测到谐振脉冲已达到零，它将对电容器充电，并再次放电，以准备下一个脉冲。
从一个脉冲衰减结束到下一个脉冲衰减开始大约需要 100-200 毫秒
脉冲和后续测量没有用户定义的时间参数，因为衰减率取决于 AT 浪涌发生器和被测部件之间的关系。
AT 返回的结果以伏秒测量值表示（即衰减图下方的面积）。
如果变压器有故障，测量结果将比完美变压器的测量结果更小，因为损耗会导致衰减时间更短，并导致图表下方的面积更小。
SURGE 方法优于后来的 STRESS WATT 方法，因为可用的应力电压较高，对单个相邻绕组故障具有更好的灵敏度。
当然，使用 SURGE 还要求部件的设计即使在正确制造的情况下也能承受如此高的脉冲。
激增总结
当使用此测试作为变压器设计的特征指标时，可以通过根据用于定义测试限制的完美参考部件的谐振长度评估谐振长度来检测可能遭受早期故障的部件。
任何具有硬缠绕短路或薄弱区域（例如在搪瓷涂层中）的部件都会在电压脉冲的应力下发生闪络，因此可以被检测到并从生产中移除以进行返工或报废。
2.2 应力瓦特测试（1-270 V AC）
当在次级开路的情况下空载测试变压器时，变压器仍然会吸取一些电流并消耗功率。
该功耗以瓦特为单位测量，是线圈在交流电下吸收的功率。
通常，由于磁芯损耗（涡流和磁滞）引起的电流仅为正常负载的百分之几，因此通常可以忽略不计。
瓦特测试 (WATT) 通常在变压器全线电压和工作频率下进行。
图 2 - WATT 测试初级 220 V @ 50 Hz，TR 5:1，次级为 44 V @ 50 Hz
然而，将变压器“加压”到高于其正常工作电压以提供一定的质量保证也是非常常见和可取的。
这种压力测试（与正常的 WATT 测试不同）也应该在较长且固定的时间内进行，因为在瞬时条件下可能不会显示出弱点。
在此应力期间，测量功率的任何瞬时急剧增加都表明存在匝间绝缘绕组故障或短路匝，因为大量电流将通过缺陷消耗
图 3 - 应力瓦特测试初级 440 V @ 100 Hz，TR 5:1，次级为 88 V @ 100 Hz
法拉第定律表明，如果电压和频率按比例增加，磁芯损耗应保持大致相同。因此，应力瓦特测试（STRW）可以在变压器额定电压和频率额定值的两倍下进行。
由于我们已按比例将电压和频率从图 2 增加到图 3，因此铁芯损耗将保持不变，从而允许绕组承受比正常运行时更高的电压。
磁芯中的磁通密度 (B) 将保持不变
B ~ V / (f * A * N)
N = 匝数
A = 磁芯的横截面积
V = 施加的电压。
f = 应用频率
实用笔记
实际上，您会发现磁芯损耗确实随着频率的增加而增加（磁芯损耗是磁通密度和频率的函数），即使我们保持磁通密度相同，因此 STRW 的读数可能会更高，但结果仍然是可重复的和特色。您可以通过再次将 F 加倍来减轻磁芯损耗，因此对于 100 V、50 Hz 的变压器，您可能会发现 200 V、200 Hz 比 110 V/100 Hz 更合适。
线路电源变压器通常有一个 240V 绕组，并有一个抽头提供 2 x 120V 绕组。
要将 240V 绕组上的电压加倍，需要 480V，这超出了 STRW 测试的 270V 容量。
在这里我们建议要么；
a) 在 120 V (WATT) 下单独测试 120 V 绕组（如果有）以进行正常操作，然后在 240 V 下进行应力 (STRW) 测试。这将依次在 240 V 绕组上感应出 480 V 电压，而无需提供 480 V 电压
或者
b) 以两倍工作电压测试较低电压的次级。同样，这会在主节点上感应出 480 V 电压，但由于测试中不会使用主节点，因此开路测试节点上的 5 kV 隔离将保护 AT 测试仪。
STRW总结
AT5600 和 AT3600 提供 1 V 至 270 V @ 20 Hz 至 1500 Hz 的应力瓦特测试 (STRW)，以检测绕组匝间绝缘中的潜在故障。
用户还必须指定 0.5 秒至 180 秒的测试停留时间，在此期间持续监控功率。
测试结果以瓦特为单位。
如果需要扩展电压和电流水平，请使用 Voltech 的 AC 接口夹具和 AT。
这允许使用外部升压变压器或交流电源来产生更高的电压（高达 600 V）和电流（高达 10 A）
测试信号、测量和通过/失败标准仍然由 AT 使用 4 X 测试自动控制； MAGX、WATX、STRX 和 VOCX。