馬達過(guò)熱保護標準及案例介紹

本文就過(guò)熱危險討論一下馬達的過(guò)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(huì )可能造成安全事故。

馬達驅動(dòng)的電器在使用中可能出現的危險有電擊危險、起火危險與過(guò)熱危險。馬達過(guò)熱的原因有很多，例如運行過(guò)載、選型不合適、冷卻故障、缺乏監控和必要的維護導致絕緣過(guò)早老化等。馬達在運行時(shí)都會(huì )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(guān)，溫度過(guò)高，絕緣材料就會(huì )加速老化，使絕緣性能急劇降低，大幅縮短馬達的使用壽命，甚致出現火災危險與觸電危險。

所以，馬達過(guò)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)節采用保護措施，當馬達在一定的負載和散熱條件下工作時(shí)，繞組的溫度不超過(guò)標準的允許值。

馬達保護設備例圖

馬達過(guò)熱保護的相關(guān)標準

每個(gè)國家或每個(gè)單獨的標準對馬達過(guò)熱保護的要求會(huì )有差異，我們以加拿大電氣法規（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(jiǎn)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。

主要的馬達保護器的分類(lèi)與用法，如表-1：

表-1馬達保護措施的比較表

實(shí)現馬達過(guò)熱保護的方法

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動(dòng)的電器如何實(shí)現馬達過(guò)熱保護以符合標準要求，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(guò)熱保護器如上表所列，使用時(shí)需要注意，保護器不能只響應馬達的電流，還需要有適當的額定工作電壓、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 testand 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(shuō)，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(guò)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(guò)熱保護。

（2） 如果馬達驅動(dòng)的電器裝有過(guò)載保護器（Overload Protection device），就不一定需要過(guò)熱保護。這種情況就須要符合CEC Part I的要求，該種過(guò)載保護器與前面所講的過(guò)熱保護器不同，它只依靠響應馬達的電流來(lái)實(shí)現保護，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(guò)1.15。如果選擇用Fuses（熔斷器）作為單獨于馬達的過(guò)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(xiàn)路的情況，不一定需要在電器內裝有過(guò)載保護器，但必須在電器安裝連接時(shí)確保配電線(xiàn)路提供過(guò)載保護，而且電器需要有警告語(yǔ)標簽(CAUTION)。

（4） 對于一些特定電器，標準豁免馬達過(guò)熱保護器。例如，使用瞬時(shí)接觸開(kāi)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(guò)堵轉測試評估，亦可以豁免馬達過(guò)熱保護器。

案例

例如，某廠(chǎng)家生產(chǎn)空氣壓縮機，銷(xiāo)售市場(chǎng)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(lèi)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(lèi)型是自動(dòng)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(huì )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）

表-2 馬達銘牌信息

1． 測試目的

堵轉溫度測試的目的主要是評價(jià)馬達運行在堵轉狀態(tài)下，繞組的溫度不超過(guò)標準允許值，過(guò)熱保護器能起到保護馬達避免過(guò)熱的作用。

2． 測試方法

根據標準要求，測量馬達堵轉溫度適用電阻法或熱電偶法。一般情況下，要根據馬達的類(lèi)型或實(shí)驗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

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(jìn)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，以及堵轉馬達軸。

◆除非有特別說(shuō)明，馬達的安裝位置必須使保護器最大程度置于下方，稱(chēng)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(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)，需要把熱電偶布在實(shí)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(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(chēng)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(gè)3 A 保險絲接到電源地線(xiàn)。如果3 A保險絲熔斷，就能檢查出馬達絕緣損壞外殼帶電。

◆需要準備記錄的數據有電壓、頻率、堵轉電流、環(huán)境溫度和連續繞組溫度。

4. 測試程序與結果判定

圖-1 時(shí)間與堵轉繞組溫度的曲線(xiàn)
（舉例單相馬達與自動(dòng)復位熱保護器組合）

以單相馬達與自動(dòng)復位熱保護器組合為例說(shuō)明，其他情況請查閱相關(guān)標準。測試在室溫環(huán)境進(jìn)行，堵轉72小時(shí)，其間熱保護器必須因繞組溫度升高斷開(kāi)電路又自動(dòng)復位，儀器連續記錄繞組溫度，圖-1的示意圖由經(jīng)驗所得。整個(gè)過(guò)程到結束，必須符合以下結果：繞組溫度不超過(guò)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(zhù)火；馬達的絕緣材料不能出現剝落，變脆，炭化等嚴重損壞現象；馬達不能有電氣或機械故障 ；能通過(guò)耐壓測試。

表-4 繞組最高堵轉溫度限值