馬達過熱保護標(biāo)準(zhǔn)及措施

本文就過熱危險討論一下馬達的過熱保護。馬達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。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(dǎo)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(zhuǎn)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(guān)，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(zāi)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(shè)計、制造、安裝以及使用環(huán)節(jié)采用保護措施，當(dāng)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(biāo)準(zhǔn)的允許值。

馬達保護設(shè)備例圖

馬達過熱保護的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)

每個國家或每個單獨的標(biāo)準(zhǔn)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(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)。

主要的馬達保護器的分類與用法，如表-1：

表-1馬達保護措施的比較表

實現(xiàn)馬達過熱保護的方法

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，了解一下對于馬達驅(qū)動的電器如何實現(xiàn)馬達過熱保護以符合標(biāo)準(zhǔn)要求，標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)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(yīng)馬達的電流，還需要有適當(dāng)?shù)念~定工作電壓、電流值與溫度預(yù)定保護值，而且熱保護器需要適用于馬達。標(biāo)準(zhǔn)要求的測試有Running Heating Temperature test, Locked-Rotor Temperature testand Locked-Rotor Endurance test。如果馬達符合這本標(biāo)準(zhǔn)，就可以標(biāo)上 “THERMALLY PROTECTED” （熱保護馬達）。也就是說，當(dāng)馬達符合整機電器的標(biāo)準(zhǔn)CSA68與馬達標(biāo)準(zhǔn)CSA77，馬達在正常工作額定負載（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，該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(yīng)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(biāo)簽(CAUTION)。

（4） 對于一些特定電器，標(biāo)準(zhǔn)豁免馬達過熱保護器。例如，使用瞬時接觸開關(guān)（Momentary Contact Switch）控制馬達的電器、手持式電器和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，亦可以豁免馬達過熱保護器。

案例

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(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(fù)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(biāo)準(zhǔn)C22.2 No.77. 以下將會舉例介紹這本標(biāo)準(zhǔn)其中要求的馬達堵轉(zhuǎn)溫度測試 ：馬達堵轉(zhuǎn)溫度測試（LOCKED ROTOR TEMPERATURE）

表-2 馬達銘牌信息

1． 測試目的

堵轉(zhuǎn)溫度測試的目的主要是評價馬達運行在堵轉(zhuǎn)狀態(tài)下，繞組的溫度不超過標(biāo)準(zhǔn)允許值，過熱保護器能起到保護馬達避免過熱的作用。

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

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（馬達與保護器的組合）進行測試。

◆馬達樣品需要用木材或其他隔熱材料作為夾具固定馬達，以及堵轉(zhuǎn)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(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，需要把熱電偶布在實際工作的繞組上，例子中電容運轉(zhuǎn)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(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(zhǔn)備記錄的數(shù)據(jù)有電壓、頻率、堵轉(zhuǎn)電流、環(huán)境溫度和連續(xù)繞組溫度。

4. 測試程序與結(jié)果判定

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圖-1 時間與堵轉(zhuǎn)繞組溫度的曲線
（舉例單相馬達與自動復(fù)位熱保護器組合）

以單相馬達與自動復(fù)位熱保護器組合為例說明，其他情況請查閱相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。測試在室溫環(huán)境進行，堵轉(zhuǎn)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(fù)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(jié)束，必須符合以下結(jié)果：繞組溫度不超過表-4的限值，本例子中馬達的絕緣等級Class B；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(yán)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。

表-4 繞組最高堵轉(zhuǎn)溫度限值