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。
一、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
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。
二、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：
∆T=R2-R1(234.5+T1)-(T2-T1)…………………………（1） R1
∆T=线圈绕组温升，K；
R1=测量开始时线圈冷态电阻，Ω；
R2=测量结束时线圈热态电阻，Ω；
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。
二、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∆T的因素来自R1、R2、T1、T2的测量，控制好试验条件，改进测量手段，控制好这四个量的误差，就能减少∆T的误差。以下就从几个主要方面分析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∆T有直接的影响，环境温度测量的误差直接反应到∆T上。在温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∆T。产品运转时间太短，产品未充分发热，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∆T不超过1K，就认为产品已达到热稳定状态。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，我们要准确的判断出样品是否达到热稳定状态，并且及时地测量出该状态下线圈绕组的阻值，从而能准确地反映出样品线圈的实际温升值。这样才能使我们试验的数据能够客观和真实地反映样品的性能。
【参考文献】
[1]GB14048.1-2006《低压开关设备和控制设备 第1部分：总则》
[2]GB14048.4-2010《低压开关设备和控制设备 第4-1部分：接触器和电动机起动器机电式接触器和电动机起动器（含电动机保护器）》
[3]《低压电器的试验与检测》作者：陆俭国
[4]《机床电器检验测试手册》作者：陆俭国