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馬達(dá)過熱保護(hù)

發(fā)布時(shí)間:2009-12-31 來源:電子元件技術(shù)網(wǎng)

中心議題:

  • 就過熱危險(xiǎn)討論馬達(dá)的過熱保護(hù)
  • 在馬達(dá)的設(shè)計(jì)、制造、安裝以及使用環(huán)節(jié)采用保護(hù)措施
  • 馬達(dá)堵轉(zhuǎn)溫度測試

解決方案:

  • 使用馬達(dá)裝入式熱保護(hù)器
  • 如果馬達(dá)驅(qū)動(dòng)的電器裝有過載保護(hù)器,就不一定需要過熱保護(hù)



一、馬達(dá)過熱保護(hù)的目的

馬達(dá)是應(yīng)用十分廣泛的機(jī)電設(shè)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(dá)采取保護(hù)措施,就會(huì)可能造成安全事故。馬達(dá)驅(qū)動(dòng)的電器在使用中可能出現(xiàn)的危險(xiǎn)有電擊危險(xiǎn),起火危險(xiǎn)與過熱危險(xiǎn)。本文就過熱危險(xiǎn)討論一下馬達(dá)的過熱保護(hù)。馬達(dá)過熱的原因有很多,例如運(yùn)行過載,選型不合適,冷卻故障,缺乏監(jiān)控和必要的維護(hù)導(dǎo)致絕緣過早老化等。馬達(dá)在運(yùn)行時(shí)都會(huì)產(chǎn)生損耗,這些損耗一方面降低了馬達(dá)的效率,另一方面損耗轉(zhuǎn)變成馬達(dá)發(fā)熱,使馬達(dá)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(guān),溫度過高,絕緣材料就會(huì)加速老化,使絕緣性能急劇降低,大幅縮短馬達(dá)的使用壽命,甚致出現(xiàn)火災(zāi)危險(xiǎn)與觸電危險(xiǎn)。所以,馬達(dá)過熱保護(hù)的目的,主要是在馬達(dá)的設(shè)計(jì)、制造、安裝以及使用環(huán)節(jié)采用保護(hù)措施,當(dāng)馬達(dá)在一定的負(fù)載和散熱條件下工作時(shí),繞組的溫度不超過標(biāo)準(zhǔn)的允許值。

二、馬達(dá)過熱保護(hù)的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)

每個(gè)國家或每個(gè)單獨(dú)的標(biāo)準(zhǔn)對馬達(dá)過熱保護(hù)的要求會(huì)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(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)要求。以上的兩本標(biāo)準(zhǔn)都是CSA (Canadian Standards Association) 制定的標(biāo)準(zhǔn),由加拿大政府采納為國家標(biāo)準(zhǔn)。

附圖Fig-1,摘自CEC Part I,說明了馬達(dá)主回路的一些保護(hù)措施。我們先了解一下主要的馬達(dá)保護(hù)器的分類與用法,如表-1:


三、實(shí)現(xiàn)馬達(dá)過熱保護(hù)的方法
我們以加拿大國家標(biāo)準(zhǔn)/ CSA標(biāo)準(zhǔn)CAN/CSA-C22.2 NO.68作為例子,了解一下對于馬達(dá)驅(qū)動(dòng)的電器如何實(shí)現(xiàn)馬達(dá)過熱保護(hù)以符合標(biāo)準(zhǔn)求,標(biāo)準(zhǔn)列出了如下途徑或者可能情況:

(1) 使用馬達(dá)裝入式熱保護(hù)器,符合CSA標(biāo)準(zhǔn)C22.2 No.77 Motor with Inherent Overheating Protection. 這些馬達(dá)過熱保護(hù)器如上表所列,使用時(shí)需要注意,保護(hù)器不能只響應(yīng)馬達(dá)的電流,還需要有適當(dāng)?shù)念~定工作電壓,電流值與溫度預(yù)定保護(hù)值,而且熱保護(hù)器需要適用于馬達(dá)。標(biāo)準(zhǔn)要求的測試有Running Heating Temperature test, Locked-Rotor Temperature test and Locked-Rotor Endurance test. 如果馬達(dá)符合這本標(biāo)準(zhǔn),就可以標(biāo)上 “THERMALLY PROTECTED” (熱保護(hù)馬達(dá))。也就是說,當(dāng)馬達(dá)符合整機(jī)電器的標(biāo)準(zhǔn)CSA68與馬達(dá)標(biāo)準(zhǔn)CSA77,馬達(dá)在正常工作額定負(fù)載(Rating),過載(Running Heating)以及堵轉(zhuǎn)(Locked-Rotor)的應(yīng)用條件下都符合標(biāo)準(zhǔn)要求,馬達(dá)得到了過熱保護(hù)。

(2) 如果馬達(dá)驅(qū)動(dòng)的電器裝有過載保護(hù)器(Overload Protection device),就不一定需要過熱保護(hù)。這種情況就須要符合CEC Part I的要求,這種過載保護(hù)器與前面所講的過熱保護(hù)器不同,它只依靠響應(yīng)馬達(dá)的電流來實(shí)現(xiàn)保護(hù),可以單獨(dú)于馬達(dá)也可以附裝于馬達(dá),對于脫扣電流的選擇,保護(hù)器的脫扣電流與馬達(dá)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(dú)于馬達(dá)的過載保護(hù)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(hù)器,但必須在電器安裝連接時(shí)確保配電線路提供過載保護(hù),而且電器需要有警告語標(biāo)簽(CAUTION)

(4) 對于一些特定電器,標(biāo)準(zhǔn)豁免馬達(dá)過熱保護(hù)器, 例如,使用瞬時(shí)接觸開關(guān)(Momentary Contact Switch)控制馬達(dá)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(zhuǎn)測試評估,亦可以豁免馬達(dá)過熱保護(hù)器。
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四、舉例子
例如,某廠家生產(chǎn)空氣壓縮機(jī),銷售市場在北美(加拿大與美國),申請CSA產(chǎn)品安全認(rèn)證以符合北美標(biāo)準(zhǔn)。這類產(chǎn)品適用的標(biāo)準(zhǔn)是CAN/CSA-C22.2 NO.68. 其中空壓機(jī)使用的馬達(dá)銘牌信息摘錄如下:

馬達(dá)使用CSA認(rèn)證的裝入式熱保護(hù)器,類型是自動(dòng)復(fù)位馬達(dá)熱保護(hù)器(Motor thermal automatic reset protector)。如上述的熱保護(hù)方法,適用方法(1),馬達(dá)須要符合CSA標(biāo)準(zhǔn)C22.2 No.77. 以下將會(huì)舉例介紹這本標(biāo)準(zhǔn)其中要求的馬達(dá)堵轉(zhuǎn)溫度測試:

馬達(dá)堵轉(zhuǎn)溫度測試(LOCKED ROTOR TEMPERATURE)
1.測試目的
堵轉(zhuǎn)溫度測試的目的主要是評價(jià)馬達(dá)運(yùn)行在堵轉(zhuǎn)狀態(tài)下,繞組的溫度不超過標(biāo)準(zhǔn)允許值,過熱保護(hù)器能起到保護(hù)馬達(dá)避免過熱的作用。

2.測試方法

根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)要求,測量馬達(dá)堵轉(zhuǎn)溫度適用電阻法或熱電偶法。一般情況下,要根據(jù)馬達(dá)的類型或?qū)嶒?yàn)室的情況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(diǎn)以及適用范圍

電阻法

適用于測量帶繞組的電器,如馬達(dá),變壓器。測量不是最熱點(diǎn)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(dá)溫升測試多選用此法,測試準(zhǔn)確度高。對于堵轉(zhuǎn)測試,此方法較難實(shí)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(diǎn)的溫度,需要測試員有經(jīng)驗(yàn)或能力判別最熱點(diǎn)。需要采用熱電偶與測量儀器組合使用。對于堵轉(zhuǎn)測試,此方法可以同時(shí)多點(diǎn)測量,記錄連續(xù)數(shù)據(jù),描繪溫度曲線,還可以實(shí)現(xiàn)同計(jì)算機(jī)通信。

3. 測試條件
- 標(biāo)準(zhǔn)要求的是型式測試,選取有代表的樣品(馬達(dá)與保護(hù)器的組合)進(jìn)行測試。
- 馬達(dá)樣品須要用木材或其他隔熱材料作為夾具固定馬達(dá),以及堵轉(zhuǎn)馬達(dá)軸。
- 除非有特別說明,馬達(dá)的安裝位置必須使保護(hù)器最大程度置于下方,稱為“Worst Case”,因?yàn)榘凑諢醾鲗?dǎo)的對流原理,繞組的上方通常比下方的溫度要高,當(dāng)保護(hù)器在下方脫扣時(shí),繞組上方的溫度將會(huì)最高。
- 為了確定繞組溫度最熱點(diǎn),須要把熱電偶布在實(shí)際工作的繞組上,例子中電容運(yùn)轉(zhuǎn)單相異步馬達(dá),就要布在實(shí)際工作的主繞組上,一般最少布4點(diǎn)熱電偶,例如布在繞組上面前后,下面前后各一點(diǎn),
- 馬達(dá)測試電壓,基于馬達(dá)銘牌的額定電壓,一般選用標(biāo)準(zhǔn)指定對應(yīng)的市電標(biāo)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(dá)銘牌電壓115 V,那么測試電壓就用120 V.
- 馬達(dá)的金屬外殼串聯(lián)一個(gè)3 A 保險(xiǎn)絲接到電源地線。如果3 A保險(xiǎn)絲熔斷,就能檢查出馬達(dá)絕緣損壞外殼帶電。
- 需要準(zhǔn)備記錄的數(shù)據(jù)有電壓,頻率,堵轉(zhuǎn)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(jié)果判定
以單相馬達(dá)與自動(dòng)復(fù)位熱保護(hù)器組合為例說明,其他情況請查閱相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。測試在室溫環(huán)境進(jìn)行,堵轉(zhuǎn)72小時(shí),其間熱保護(hù)器必須因繞組溫度升高斷開電路又自動(dòng)復(fù)位,儀器連續(xù)記錄繞組溫度,圖-1的示意圖由經(jīng)驗(yàn)所得。整個(gè)過程到結(jié)束,必須符合以下結(jié)果:

- 繞組溫度不超過表-4的限值,本例子中馬達(dá)的絕緣等級Class B.

表-4 繞組最高堵轉(zhuǎn)溫度限值

保護(hù)器類型自動(dòng)復(fù)位

溫度 (ºC), 對應(yīng)不同絕緣等級

A

B

F

H

a)第一小時(shí)內(nèi)

200

225

250

275

b)第一小時(shí)后

175

200

225

250

C)第一小時(shí)后的算術(shù)平均值

150

175

200

225

- 接地的保險(xiǎn)絲不能熔斷。
- 馬達(dá)不能著火。
- 馬達(dá)的絕緣材料不能出現(xiàn)剝落,變脆,炭化等嚴(yán)重?fù)p壞現(xiàn)象。
- 馬達(dá)不能有電氣或機(jī)械故障。
- 能通過耐壓測試(Dielectric Voltage-Withstand Test)。
 

圖-1 時(shí)間與堵轉(zhuǎn)繞組溫度的曲線(舉例單相馬達(dá)與自動(dòng)復(fù)位熱保護(hù)器組合)

文章最后還要指出,每個(gè)國家或每個(gè)單獨(dú)的標(biāo)準(zhǔn)對馬達(dá)過熱保護(hù)的要求會(huì)有差異,而且隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展或者標(biāo)準(zhǔn)的更新完善,標(biāo)準(zhǔn)也會(huì)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(biāo)準(zhǔn)。

Fig-1馬達(dá)控制與保護(hù)電路

Fig-2 馬達(dá)保護(hù)設(shè)備例圖



 

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