新闻中心

脉冲式线圈测试仪能查出哪些绕组缺陷

电机、变压器、电感这类绕线元件,最常见的失效并不是彻底断路,而是绕组内部出现了一些看不见的差异:几匝线圈之间绝缘受损而短接,绕线时少绕了一两匝,或者某个位置的排线不整齐。这些问题用万用表量电阻量不出来,用耐压仪在常规电压下也可能测不出,却会在运行中慢慢演变成发热、效率下降甚至烧毁。脉冲式线圈测试仪,也叫匝间冲击耐压测试仪,就是为这一类缺陷准备的。它测的不是单一的电阻或电容,而是绕组在冲击电压作用下的衰减振荡波形。本文说明它到底能查出什么、判据怎么读,以及使用时要注意什么。

图1 传统示波器面板,绕组冲击波形的判读与它相似
图1 传统示波器面板,绕组冲击波形的判读与它相似

一、它测的不是电阻,而是一段波形

普通万用表测的是绕组的直流电阻,只能发现断路,或者电阻明显偏大偏小的异常。脉冲式线圈测试仪的做法完全不同:它向绕组施加一个陡峭的冲击电压,让绕组与仪器内部的电容构成一个衰减振荡回路,然后高速采样绕组两端的电压波形。

这段波形记录了绕组的电感、匝间电容与损耗等综合特性。当绕组内部出现短路匝、匝数偏差或者绝缘薄弱点时,这些特性随之改变,波形也就跟着变。仪器做的事情,是用比较的方法,把微小的差异放大成可以判读的判据。

正因为它看的是波形是否一致,而不是某个参数是否超标,它特别适合大批量生产中的快速筛查:与一只确认良好的标准件对比,几百毫秒之内就能给出结论。这一点在电机、变压器、电感的产线上尤其有价值。

绕线元件在电气上更像一个由电感、匝间电容和损耗交织成的网络,而不是一个简单的电感。这个网络在任何一处发生改变,比如某一匝的绝缘变差、两根相邻导线之间出现短接,整体的等效特性都会跟着变化。冲击测试正是利用这一点:它不逐一去测每一个参数,而是把整个绕组当成一个整体,用一个快速变化的激励去刺激它,看它的响应是否与预期一致。

二、一次冲击测试里发生了什么

图2 仪器面板与旋钮,冲击电压与采样设置都需要按产品约定设定
图2 仪器面板与旋钮,冲击电压与采样设置都需要按产品约定设定

测试开始时,仪器内部的储能电容被充电到设定的冲击电压,然后通过被测绕组放电。绕组是一个电感,与回路里的电容构成衰减振荡,绕组两端出现一串幅度逐渐减小的振荡波形。整个过程的持续时间通常很短,肉眼看不到,只有高速采样才能把它记录下来。

冲击电压的高低,决定了能发现多深的绝缘问题。电压太低,薄弱的绝缘不会被击穿或放电,波形上的差异不明显;电压太高,又可能把本来可用的绕组打坏,甚至损伤绝缘。因此冲击电压要按产品的绝缘水平与双方约定的数值来设定,并不是越高越好。

采样的快慢同样关键。波形的高频成分集中在冲击发生后的最初一小段,采样率不够,细节就被抹平了,微小的缺陷也就看不出来。这是选型时容易被忽略、使用时又最容易吃亏的一项指标。

三、能查出的缺陷类型

冲击测试最拿手的是匝间短路。几匝之间绝缘受损而短接,会形成一个闭合回路,冲击能量在其中迅速消耗,波形衰减明显加快,尾部过早平成一条线。这种缺陷对直流电阻几乎没有影响,用万用表根本发现不了,却在运行中持续发热,是绕组失效的主要起因之一。

其次是匝数错误。绕线机多绕或少绕一两匝,绕组电感随之变化,振荡频率发生偏移,波形的时间尺度也跟着改变。把被测件的波形与标准件叠加,频率上的差别一眼可见,甚至比量电感更直接。

相间或层间绝缘不良、绕线分布不均、磁芯或装配异常,也都会在波形上留下痕迹,只是幅度较小,需要多次重复并配合标准件来判断,不宜只看单次结果就下结论。

还有一类缺陷介于能与不能之间:某几匝的绝缘并没有完全短路,而是呈现较大的过渡电阻。这类缺陷在低电压下几乎测不出,只有当冲击电压足够高、使薄弱处发生局部放电时,波形上才会出现异常拐点。因此冲击电压的设定,实际上决定了这一类隐蔽缺陷能不能被发现,这也是设定值必须按产品绝缘水平来定的原因。

四、判据怎么读:面积差、波形差与衰减

不同仪器给出的判据名字不一样,常见的有面积、面积差、差积、波形重合度、相关系数等,含义大同小异:都是把两条波形放到一起,衡量它们相差多少。有的直接把两条曲线之间围出的面积累加起来,有的先做归一化再算相关系数。

判读时首先要有一只确认合格的标准件作为参考,或者用同批产品中的典型件作为基准。把被测波形与基准叠加,差异超过设定阈值就判为异常。标准件的选择直接影响后续所有判定,因此要选状态明确、经过确认的一只,而不是随手挑一只。

需要注意,判据是一种统计意义上的比较,不是精确的物理量。同一个绕组重复测量,波形本身也会有轻微差别,因此阈值要留出余量,避免把正常的离散度当成缺陷,也不要把阈值放得过宽而漏掉真实问题。

阈值定得合不合理,一般用两组数据来验证:一组是确认合格的样品,看它们的判据分布有多宽;另一组是已知存在缺陷的样品,看它们与基准相差多少。两组分布之间的间隔,就是阈值可以放置的范围。余量留得过小,正常的离散度就会引起频繁误判;留得过大,真实缺陷又会被放过去,这中间的取舍要靠实际数据来定,而不是凭感觉设一个数。

五、正常与故障绕组的波形对照

图3 正常绕组与匝间短路绕组的冲击波形示意
图3 正常绕组与匝间短路绕组的冲击波形示意

把正常绕组与匝间短路绕组的波形放在一起看,差别是直观的。正常绕组的振荡衰减较慢,相邻波峰之间的时间间隔基本一致;短路绕组则衰减更快,频率略高,尾部更早地趋于平稳。

面积差正是抓住这种整体差别。它把两条曲线之间围出的面积累加起来,差异越大,数值越大。这一判据对幅度、频率、衰减三项变化都敏感,因此比只看某一个波峰的读数更可靠,也更适合自动化判定。

六、缺陷与波形特征的对应关系

图4 常见绕组缺陷与冲击波形特征对照
图4 常见绕组缺陷与冲击波形特征对照

把常见缺陷与波形表现对照起来看,可以更快地定位问题。下表整理了几种典型情况及其波形特征,供判读时参考。

需要说明的是,波形判据无法替代对产品质量的最终判定。它给出的信号是这只绕组与基准不一致,具体属于哪种缺陷、能否放行,还要结合工艺知识、抽样结果与其它测试项目一并判断。把判据当成唯一结论,容易误伤,也容易漏放。

七、和其它测试怎么分工

冲击测试、直流电阻测试、耐压测试各有侧重,不能互相替代。直流电阻测试发现断路与电阻异常;耐压测试检验绝缘能否承受规定的电压而不被击穿;冲击测试则专门对付那些电阻正常、绝缘在常规电压下又不击穿的内部差异。

几项测试通常串在一条产线上:先测直流电阻,筛掉明显不良的样品;再测冲击波形,挑出内部存在差异的绕组;最后按需要用耐压测试确认绝缘裕度。这样的顺序既节省节拍,也能让每一项测试都发挥它最擅长的部分。

值得注意的是,冲击测试对绕组的装配状态很敏感。同一个绕组,引脚弯折角度不同、夹具夹持的位置不同,测出的波形也会有细微差别。所以比较必须在相同的装夹条件下进行,否则得到的差异可能来自夹具,而不是产品本身,判读时也会被误导。

八、使用与判读的注意事项

要让冲击测试稳定可靠,有几件事需要固定下来,下面是常见的一份检查清单。

  • 冲击电压按产品约定值设定,不随意调高;
  • 每次换型号后重新采集标准波形,不延用上一次的基准;
  • 夹具接触要可靠,接触状况本身就会造成波形差异;
  • 先对同一只产品重复测量,确认重复性,再谈判据阈值;
  • 把波形与判据一起存档,便于日后追溯与比对。

此外,冲击测试会在绕组两端施加较高电压,测试时人员不要触碰被测件与夹具,产线夹具要有可靠的绝缘与防护。安全措施做到位,测试才谈得上稳定。

九、小结

脉冲式线圈测试仪的价值,在于它能看到万用表和耐压仪看不到的东西:绕组内部的匝间短路、匝数偏差与绝缘薄弱。它靠的是一段冲击波形,而不是一个静态的读数。

用好它的前提,是固定的冲击电压、可靠的标准件与合理的判据阈值。把波形与判据一起留档,日后再出现同类问题时,才有据可查,也才有可能把问题追溯到工艺环节。

还有疑问?

需要选型建议或产品报价?

欢迎致电 13317108601,或通过「联系我们」页面留言,我们的工程师会尽快回复您。