馬達過熱保護標準及案例介紹

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工作中經常使用，如果不對馬達采取保護措施，就會可能造成安全事故。

馬達驅動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，繞組的溫度不超過標準的允許值。

馬達保護設備例圖

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（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。

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

實現馬達過熱保護的方法

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的電器如何實現馬達過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，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，它只依靠響應馬達的電流來實現保護，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，如果通過堵轉測試評估，亦可以豁免馬達過熱保護器。

案例

例如，某廠家生產空氣壓縮機，銷售市場在北美（加拿大與美國），申請CSA產品安全認證以符合北美標準。這類產品適用的標準是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）

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馬達運行在堵轉狀態下，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，要根據馬達的類型或實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，需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。

◆需要準備記錄的數據有電壓、頻率、堵轉電流、環境溫度和連續繞組溫度。

4. 測試程序與結果判定

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）

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，儀器連續記錄繞組溫度，圖-1的示意圖由經驗所得。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；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 ；能通過耐壓測試。

表-4 繞組最高堵轉溫度限值