3-in-1 變壓器整合測試系統
低壓+安規+層間短路測試

MICROTEST 3-in-1變壓器測試系統整合低壓電氣檢測與高壓檢測項目，高壓檢測項目包含安規耐壓絕緣測試，以及非破壞性脈衝檢測技術進行線圈匝間短路測試，在人力與廠房空間有限下，變壓器製造商可選擇3-in-1變壓器測試系統進行一站式全方位檢測變壓器電氣品質。

• 低壓電氣檢測單元

完整檢測變壓器低的壓電氣特性

電感值/漏感/匝數比/直流電阻/交流電阻/平衡/電容值/腳位Short

 

採用自動平衡電橋量測法，四線式測量DCR值(直流電阻)

檢測變壓器每相繞組的DCR值，確保變壓器的導電迴路可能發生接觸不良/焊接不良

 

 

 

TRUN 圈數比((匝數比)

提供TR圈數比電壓法與TRL圈數比電感法測量此參數

TR法指的是在初級線圈加入交流電壓，量測次級線圈之交流電壓，目的量測線圈之間匝比與相位是否正確，使用這種方式的優點在於測量結果含了損耗的圈數比，測試的結果會大於實體的圈數比，但可以反映出研發工程師想得到的電壓值。

TRL法指的是量測各線圈之電感值，利用線圈之感值計算出線圈比，對於漏感比較大的變壓器量測出的圈數比值較精確，使用此法可避開變壓器的損耗造成的影響，會得到較接近實體變壓器的之圈數比，缺點是遇到漏感值較大時，實際的電壓比例會受到很大的影響。

 

變壓器繞組產生的寄生電容與漏感之間的重要關係

設計工程師希望變壓器在理想狀態下，希望結合系數值k=1，但實際上變壓器的初級線圈與次級線圈的結合係數通常小於1，因為線圈所產生的磁力線無法全部通過次級線圈，因而產生露磁的電感，大部分都是某些初級(次級)磁通沒有通過鐵芯耦合到次級(初級)，而是透過空氣閉合返回到初級(次級)線圈，稱之漏泄磁通(漏感現象/LeakageInductance)，這種因為磁芯缺口引起的漏泄磁通在高頻狀態下，所使用的鐵氧體磁芯材料導磁性能降低，將造成變壓器的性能變差。

在電氣理論上卷線是被絕緣的，由於繞組的卷線間的電位差，促使初級與次級相鄰卷線與卷線之會產寄生電容，以及，分佈在初級線圈與次級線圈繞線之間的寄生電容，它們與漏感之間的關係其實存在重要的權衡關係，因為漏感可以與電路中的分佈電容以及變壓器繞組之間的寄生電容形成振盪回路，使得電路產生振盪並且向外輻射電磁能量，造成電磁干擾問題。

如何降低漏感(Lk)
一般而言變壓器的漏感與初級線圈數平方成正比，故減少匝數可降低漏感，或是將初級線圈放到內外層，將次級線圈夾於中間之繞線方式(三明治繞法)，但如果初級線圈層數太多也會使得漏感變大，同時分佈的寄生電容也會變大，造成高頻下耦合使高頻部份的漏感變大，對開關造成瞬間振盪，促使變壓器與開關器件的損耗也變大。

採用LCR平衡電橋法量測變壓器之漏感，當儀器接上一個變壓器的初級線圈，而次級線圈處於開路情況下，儀器所量測到的電感L值 = 初級線圈之電感Lp + 漏感LK，量測內部所產生的漏感，必須將變壓器次級線圈短路起來。(一個理想次級線圈的短路會使次級線圈上的電壓為0V，因而經由變壓器的作用反射在初級線圈之兩端處於0V狀態下，此時儀器所量測到初級線圈之電感值為真實的漏感值Lk)

 

• 高壓檢測單元 (安規耐壓測試+線圈匝間短路測試)

安規耐壓測試通常會有以下測試項目

AC耐壓、DC耐壓、AC漏電流、DC漏電流、絕緣試驗電壓、絕緣阻抗

進行AC耐壓與DC耐壓測試的優點與缺點有哪些？

AC耐壓測試

大多的被測物都含有微小的雜散電容量，採用AC耐壓檢測可能無法充飽這些雜散電容，因此會產生持續性電流流過這些雜散電容。

優點

• AC耐壓貼近實際使用狀況，並可對產品進行正負極性的測試
• 因AC耐壓測試不會充飽產品自身的雜散電容，較不會有瞬間衝擊電流的產生，並且完成測試後不需對產品進行放電機制

缺點

• 遇到被測物自身帶有龐大的雜散電容或是為電容性負載，所產生的容性電流會大於實際漏電流
• 為了因應被測物自身的雜散電容所需的容性電流，儀器所輸出的電流會比DC耐壓測試時的電流大很多，對測試員的危險性會提高

 

DC耐壓測試

採用DC耐壓檢測會將被測物自身的微小雜散電容被充滿，因此DC 耐壓檢測所造成的容性電流，會因雜散電容被充滿後，容性電流會下降到趨近於零。

優點

• 因被測物自身的雜散電容被充滿，DC耐壓測試後只剩下實際的漏電流，故採用DC耐壓測試可明確檢視被測物實際的漏電流
• 儀器的電流容量低於AC耐壓測試時所需的電流容量

缺點

• 測試電壓必須由零開始慢慢爬升
• 當被測物自身的雜散電容量越大則DC耐壓爬升的時間越長，每次所能增加的電壓也越低，若充電電流過大時很容易造成儀器的誤判
• 完成DC耐壓測試後務必要先對被測物進行放電機制
• DC耐壓測試只能做單一極性測試

 

耐壓測試的時間要設置多長？

當進行耐壓測試時，測試電壓的設定會參考被測物的安全標準進行，如果設定電壓太低，絕緣材料可能會因沒有施加足夠的電壓而導致絕緣不良的產品出貨給客戶，但設定的電壓過高，量測時間太久將造成絕緣材料長久性的損害。

一般使用的時間設定參考規則，也是安全標準化會採用的方法

採用經驗值公式：試驗電壓= 電源電壓 × 2+1000V 

EX:充電變壓器電源電壓為240V，則設定測試的電壓可設定為1480V

 

耐壓測試其實很耗時，業界生產線最常見的折衷測試方式

大多產品耐壓測試規範，持續耐壓測試時間為60秒，當單個被測物有多組數要測耐壓，則要完成一個被測物花費時間是60秒好幾倍，對產能是一種很耗時的壓力檢測項目。因此實際上生產線最常採用的方式，將耐壓測試的時間減少為1~2秒，測試的電壓提高10~20%，確保時間縮短後對產品的絕緣性能的可靠度測試。

 

絕緣阻抗的測試

確認絕緣體結構的絕緣性能利用優質絕緣材料組成絕緣體結構或系統，應具備較高的絕緣電阻值對於絕緣材料必須保證開關的防觸電保護確認絕緣結構經可靠度測試(如耐熱能力、絕緣性能)絕緣阻抗對元件的重要性。

電子產品組裝之前，元件的進料檢驗項目需進行絕緣阻抗的測試，這些組件包含開關、變壓器、電阻器、電容器、電感器、PCB、導線或線材，確保絕緣性能符合安全規範。

 

安規測試項目中絕緣阻抗是絕緣品質的重要指標

VDE和TUV等安全規範對於某些特定的產品會要求先對產品進行絕緣阻抗的測試，通過測試以後再測試耐壓性能，原因是確保被測物進行耐壓測試時，被測物自身的絕緣體不會被耐壓破壞，絕緣阻抗是評估絕緣材料性能好壞的重要電氣項目。

進行絕緣阻抗測試的方式與耐壓測試很像，耐壓測試以漏電流大小判定，絕緣測試以電阻值為判定，通常為MΩ以上，主要是量測被測物兩個端點之間及及其與週邊連接一起的各項關聯網絡所形成的等效電阻值。

 

電弧偵測可以確保產品發生放電不良

絕緣材料的內部或表面會因高電壓測試的狀態下產生電氣特性的放電，原因是絕緣材料已失去原先好的絕緣性能，導致被測物出現暫時性或非連續性放電。

也因為暫時性的放電無法以漏電流判定檢測不良，因此耐壓測試儀以測試電壓或漏電流之變化率進行判定出不良品。

電弧偵測是一種幾何狀非一個常量的測試，並且會因為檢測器之間線路的阻抗或分布電容導致電弧所偵測的電流對時間的變化率受到影響。

 

漏電流測試

利用AC電壓與DC電壓對被測產品施加高電壓下，被測物所產生的漏電流與標準規範值進行比較。

因被測物具備有一定微量的電容性存在(雜散電容)，這個電容性除了會因有一定的電阻而產生漏電流，在AC電壓下，電容自身屬於一個阻抗器件，可能造成量測出的漏電流值也包含耐壓測試儀本身的漏電流值，若遇到被測物產品為低AC漏電流必須考量電容值、頻率、施加的電壓大小。

 

線圈匝間短路測試

 

認識線圈匝間短路的問題

指的是磁性元件同一個繞組是由很多匝線繞製而成，如果絕緣不好將造成疊加在一起的線圈之間會短路，簡單而言即是此組繞組有一部份線圈直接被短路無法發揮電感作用，磁場就會和之前不同，不對稱，也將會對剩餘的線圈電流變大，若發生在馬達的運行中，振動變大、電流增大、出力相對減小。

 

為什麼會有匝間短路的存在

• 漆包線材製程中存在的風險

漆包線上絕緣漆過程，可能刮傷漆包線，或是漆包線龜裂/氣泡縫隙

• 線圈繞組製程中可能造成的不良問題

勾線/脫序/包線/繞線跨槽/附著到錫垢 

檢測繞組線圈匝間短路的量測技術是利用『脈衝電壓與波形比對』

此脈衝電壓屬非破壞性/瞬間電壓施加於繞組線圈的兩端，在不破壞被測物繞組線圈的條件下檢測其電氣特性，透過標準品質的標準品線圈與被測物線圈比較『瞬間波形』進行品質判定。

瞬間波形：指的是線圈內部發生的阻尼衰減振盪波形

 

L	為被測線圈
C1、C2	儀器內的諧振電容
R1、R2、R3	為儀器與被測物之電阻
量測技術	1.測試時首先將C1電容充電至要測試電壓  2.再以脈衝觸發SCR  3.則待測體將與C1、C2產生諧振現象

 

存在匝間短路瑕疵的不良品促使其波形與標準品差異不同，其波形差異反應出不良品的電氣特性已改變

• 改變的電氣特性如下
• 線圈的電感量
• 品質因數Q值
• 線圈的圈數差(電壓差)
• 磁芯的材質差異性
• 線圈內部有匝間短路

提供5種比對模式

總面積比對	將諧振波所涵蓋之所有面積加總稱之為「總面積」。當線圈發生匝間短路時，線圈能量損耗增加，諧振阻尼係數變大，諧振振幅會變小，總面積跟著變小，比較出不良線圈的能量損耗差異。
面積差比對	將標準波與待測波之相異處加總則稱為「面積差」。當線圈發生匝間短路時，電感變小，諧振波形相位的改變，面積差隨之改變，比較出不良線圈的電感量差異。
波形比對	將標準波設定一可容許之波形範圍，此項目可同時判斷諧振波的振幅及相位，可加大匝間短路的檢出能力。
電暈數比對	馬達線圈於高壓脈衝測試中，自身絕緣系統損壞而產生尖端放電，檢視放電曲線會出現電暈的現象，此功能可統計電暈發生的次數，比對出不良線圈是否有輕微的放電現象。
顫抖數比對	當繞組線圈有發生匝間放電的現象時，波形將產生顫抖，因此儀器將波形顫抖程度量化成數值進行比對。

 

標準配件

電源線
高壓測試線
腳踏開關 (F522010)
Remote遠端控制線
測試治具(F7721)

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PC Link軟體
RS-232連接線
雙切型測試治具(F7721-D)