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、安裝以及使用環節采用保護措施
- 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。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。
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（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動的電器如何實現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 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，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。
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四、舉例子
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)
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
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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，此方法較難實現記錄連續測試數據及描繪溫度曲線。 |
|
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，記錄連續數據，描繪溫度曲線，還可以實現同計算機通信。 |
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，連續繞組溫度。
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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.
表-4 繞組最高堵轉溫度限值
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保護器類型自動復位 |
溫度 (ºC), 對應不同絕緣等級 |
|||
|
A |
B |
F |
H |
|
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a)第一小時內 |
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（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
