中心議題:
- 就過熱危險討論馬達的過熱保護
- 在馬達的設計、制造、安裝以及使用環(huán)節(jié)采用保護措施
- 馬達堵轉溫度測試
解決方案:
- 使用馬達裝入式熱保護器
- 如果馬達驅(qū)動的電器裝有過載保護器,就不一定需要過熱保護
一、馬達過熱保護的目的
馬達是應用十分廣泛的機電設備,在日常生活以及各行各業(yè)工作中經(jīng)常使用,如果不對馬達采取保護措施,就會可能造成安全事故。馬達驅(qū)動的電器在使用中可能出現(xiàn)的危險有電擊危險,起火危險與過熱危險。本文就過熱危險討論一下馬達的過熱保護。馬達過熱的原因有很多,例如運行過載,選型不合適,冷卻故障,缺乏監(jiān)控和必要的維護導致絕緣過早老化等。馬達在運行時都會產(chǎn)生損耗,這些損耗一方面降低了馬達的效率,另一方面損耗轉變成馬達發(fā)熱,使馬達繞組的溫度升高。繞組絕緣材料的使用壽命,同它的工作溫度有關,溫度過高,絕緣材料就會加速老化,使絕緣性能急劇降低,大幅縮短馬達的使用壽命,甚致出現(xiàn)火災危險與觸電危險。所以,馬達過熱保護的目的,主要是在馬達的設計、制造、安裝以及使用環(huán)節(jié)采用保護措施,當馬達在一定的負載和散熱條件下工作時,繞組的溫度不超過標準的允許值。
二、馬達過熱保護的相關標準
每個國家或每個單獨的標準對馬達過熱保護的要求會有差異,我們以加拿大電氣法規(guī)(Canadian Electrical Code, Part I, Safety Standard for Electrical Installations)和加拿大國家標準之一(A National Standard of Canada)CAN/CSA-C22.2 NO.68 Motor-Operated Appliances (Household and Commercial) 作為例子,簡單解讀一下標準要求。以上的兩本標準都是CSA (Canadian Standards Association) 制定的標準,由加拿大政府采納為國家標準。
附圖Fig-1,摘自CEC Part I,說明了馬達主回路的一些保護措施。我們先了解一下主要的馬達保護器的分類與用法,如表-1:
三、實現(xiàn)馬達過熱保護的方法
我們以加拿大國家標準/ CSA標準CAN/CSA-C22.2 NO.68作為例子,了解一下對于馬達驅(qū)動的電器如何實現(xiàn)馬達過熱保護以符合標準求,標準列出了如下途徑或者可能情況:
(1) 使用馬達裝入式熱保護器,符合CSA標準C22.2 No.77 Motor with Inherent Overheating Protection. 這些馬達過熱保護器如上表所列,使用時需要注意,保護器不能只響應馬達的電流,還需要有適當?shù)念~定工作電壓,電流值與溫度預定保護值,而且熱保護器需要適用于馬達。標準要求的測試有Running Heating Temperature test, Locked-Rotor Temperature test and Locked-Rotor Endurance test. 如果馬達符合這本標準,就可以標上 “THERMALLY PROTECTED” (熱保護馬達)。也就是說,當馬達符合整機電器的標準CSA68與馬達標準CSA77,馬達在正常工作額定負載(Rating),過載(Running Heating)以及堵轉(Locked-Rotor)的應用條件下都符合標準要求,馬達得到了過熱保護。
(2) 如果馬達驅(qū)動的電器裝有過載保護器(Overload Protection device),就不一定需要過熱保護。這種情況就須要符合CEC Part I的要求,這種過載保護器與前面所講的過熱保護器不同,它只依靠響應馬達的電流來實現(xiàn)保護,可以單獨于馬達也可以附裝于馬達,對于脫扣電流的選擇,保護器的脫扣電流與馬達額定電流之比一般不超過1.15. 如果選擇用Fuses(熔斷器)作為單獨于馬達的過載保護器,這種Fuse就須要用Time-delay fuse of the type (“D” Fuse).
(3) 對于一些商用的電器,需要永久連接(Permanent Connection)到建筑物的配電線路的情況,不一定需要在電器內(nèi)裝有過載保護器,但必須在電器安裝連接時確保配電線路提供過載保護,而且電器需要有警告語標簽(CAUTION)
(4) 對于一些特定電器,標準豁免馬達過熱保護器, 例如,使用瞬時接觸開關(Momentary Contact Switch)控制馬達的電器,手持式電器,有人值守間斷工作制而且內(nèi)裝熔斷器的家用電器。另外,對于有人值守間斷工作制的家用電器,如果通過堵轉測試評估,亦可以豁免馬達過熱保護器。
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四、舉例子
例如,某廠家生產(chǎn)空氣壓縮機,銷售市場在北美(加拿大與美國),申請CSA產(chǎn)品安全認證以符合北美標準。這類產(chǎn)品適用的標準是CAN/CSA-C22.2 NO.68. 其中空壓機使用的馬達銘牌信息摘錄如下:
馬達使用CSA認證的裝入式熱保護器,類型是自動復位馬達熱保護器(Motor thermal automatic reset protector)。如上述的熱保護方法,適用方法(1),馬達須要符合CSA標準C22.2 No.77. 以下將會舉例介紹這本標準其中要求的馬達堵轉溫度測試:
馬達堵轉溫度測試(LOCKED ROTOR TEMPERATURE)
1.測試目的
堵轉溫度測試的目的主要是評價馬達運行在堵轉狀態(tài)下,繞組的溫度不超過標準允許值,過熱保護器能起到保護馬達避免過熱的作用。
2.測試方法
根據(jù)標準要求,測量馬達堵轉溫度適用電阻法或熱電偶法。一般情況下,要根據(jù)馬達的類型或?qū)嶒炇业那闆r選用合適的測試方法。
表-3電阻法與熱電偶法對比
測量方法 |
特點以及適用范圍 |
電阻法 |
適用于測量帶繞組的電器,如馬達,變壓器。測量不是最熱點的溫度,而是繞組的平均溫度。常用的儀器有直流電橋,歐姆表,繞組帶電測量儀,前兩者需要繞組斷電才能測量。馬達溫升測試多選用此法,測試準確度高。對于堵轉測試,此方法較難實現(xiàn)記錄連續(xù)測試數(shù)據(jù)及描繪溫度曲線。 |
熱電偶法 |
適用于非繞組部位溫度測量,測量是布點的溫度,需要測試員有經(jīng)驗或能力判別最熱點。需要采用熱電偶與測量儀器組合使用。對于堵轉測試,此方法可以同時多點測量,記錄連續(xù)數(shù)據(jù),描繪溫度曲線,還可以實現(xiàn)同計算機通信。 |
3. 測試條件
- 標準要求的是型式測試,選取有代表的樣品(馬達與保護器的組合)進行測試。
- 馬達樣品須要用木材或其他隔熱材料作為夾具固定馬達,以及堵轉馬達軸。
- 除非有特別說明,馬達的安裝位置必須使保護器最大程度置于下方,稱為“Worst Case”,因為按照熱傳導的對流原理,繞組的上方通常比下方的溫度要高,當保護器在下方脫扣時,繞組上方的溫度將會最高。
- 為了確定繞組溫度最熱點,須要把熱電偶布在實際工作的繞組上,例子中電容運轉單相異步馬達,就要布在實際工作的主繞組上,一般最少布4點熱電偶,例如布在繞組上面前后,下面前后各一點,
- 馬達測試電壓,基于馬達銘牌的額定電壓,一般選用標準指定對應的市電標稱電壓,例如銘牌電壓110-120 V,測試電壓則為120 V. 本例子中,馬達銘牌電壓115 V,那么測試電壓就用120 V.
- 馬達的金屬外殼串聯(lián)一個3 A 保險絲接到電源地線。如果3 A保險絲熔斷,就能檢查出馬達絕緣損壞外殼帶電。
- 需要準備記錄的數(shù)據(jù)有電壓,頻率,堵轉電流,環(huán)境溫度,連續(xù)繞組溫度。
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4、 測試程序與結果判定
以單相馬達與自動復位熱保護器組合為例說明,其他情況請查閱相關標準。測試在室溫環(huán)境進行,堵轉72小時,其間熱保護器必須因繞組溫度升高斷開電路又自動復位,儀器連續(xù)記錄繞組溫度,圖-1的示意圖由經(jīng)驗所得。整個過程到結束,必須符合以下結果:
- 繞組溫度不超過表-4的限值,本例子中馬達的絕緣等級Class B.
表-4 繞組最高堵轉溫度限值
保護器類型自動復位 |
溫度 (ºC), 對應不同絕緣等級 |
|||
A |
B |
F |
H |
|
a)第一小時內(nèi) |
200 |
225 |
250 |
275 |
b)第一小時后 |
175 |
200 |
225 |
250 |
C)第一小時后的算術平均值 |
150 |
175 |
200 |
225 |
- 接地的保險絲不能熔斷。
- 馬達不能著火。
- 馬達的絕緣材料不能出現(xiàn)剝落,變脆,炭化等嚴重損壞現(xiàn)象。
- 馬達不能有電氣或機械故障。
- 能通過耐壓測試(Dielectric Voltage-Withstand Test)。
圖-1 時間與堵轉繞組溫度的曲線(舉例單相馬達與自動復位熱保護器組合)
文章最后還要指出,每個國家或每個單獨的標準對馬達過熱保護的要求會有差異,而且隨著科學技術的發(fā)展或者標準的更新完善,標準也會因版本而異,切不可“一本通勝讀到老”,生搬硬套或張冠李戴標準。
Fig-1馬達控制與保護電路
Fig-2 馬達保護設備例圖