防爆電機(jī)的溫升評估

2023年3月22日來源：防爆云平臺--防爆產(chǎn)業(yè)鏈服務(wù)平臺防爆空調(diào) 防爆電氣防爆電機(jī) 防爆風(fēng)機(jī) 防爆通訊瀏覽 1638 次評論 0 次

盡管本文是以電動機(jī)為背景,使用本文概念的類似的方法可用于發(fā)電機(jī)。

注1:GB/T 3836.15要求所有電機(jī)安裝過載保護(hù)裝置以提供過載和其他預(yù)期故障保護(hù)。一些保護(hù)等級,如“eb”通常要求一個附加Ex安全裝置以將最高表面溫度限制在標(biāo)志的溫度組別內(nèi)。在一些情況,過載保護(hù)裝置和Ex安全裝置合并為一個單元。本文件描述的溫升試驗在電機(jī)不連接過載保護(hù)裝置的情況下進(jìn)行。

注2:相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)可能要求考慮設(shè)備在爆炸風(fēng)險方面的安全運(yùn)行所要求的安全裝置的性能。

如GB/T 13002所指出,電機(jī)典型預(yù)期故障包括如下方面。單一防爆型式的要求可能不包括以下所有預(yù)期故障:

——由以下原因引起的慢變化熱過載：

●通風(fēng)管上堆積粉塵過多,繞組或機(jī)座冷卻筋等部件上附著污垢等原因引起的通風(fēng)或通風(fēng)系統(tǒng)失效；

●環(huán)境溫度或冷卻介質(zhì)溫度過高；

●逐漸增加的機(jī)械過載；

●斷續(xù)工作制電機(jī)超出工作制運(yùn)行；

●電機(jī)電壓長期欠壓、過壓或不平衡；

●頻率偏差。

——由以下原因引起的快變化熱過載：

●電機(jī)堵轉(zhuǎn)；

●斷相；

●非正常狀態(tài)下起動,如慣量過大、電壓太低﹑負(fù)載轉(zhuǎn)矩異常大；

●負(fù)載突然大幅度增加；

●短時間內(nèi)重復(fù)起動。

額定電壓的最大容差(正或負(fù))均會在定子或轉(zhuǎn)子上引起最高表面溫度,通常取決于下列條件：

——額定功率小于5kW的小型異步電機(jī)﹐在高于額定電壓的條件下運(yùn)行時,因為鐵耗和磁化電流隨著過電壓下鐵芯飽和而快速增加,通常出現(xiàn)最高表面溫度。

——功率為5 kW~20 kW的異步電機(jī)受多種決定性能的因素的影響,沒有具體設(shè)計的詳細(xì)了解不可能預(yù)測最主要影響。

——超過20 kW的異步電機(jī),在低于額定電壓的條件下運(yùn)行時,因電流增加導(dǎo)致ⅠR損耗的增加，通常出現(xiàn)最高表面溫度。在這種情況下﹐這些損耗通常高于過電壓引起的鐵耗和磁化電流所引起的損耗。

注3:所示額定功率是一般參考值,取決于相應(yīng)的鐵芯磁化。

可使用GB/T 21211中詳述的確定溫度的替代方法。使用GB/T 21211中的方法時,最高表面溫度的確定應(yīng)包含26.5.1中±5%或±10%電源電壓系數(shù)。

變頻器連接電機(jī)的最大表面溫升宜在最不利條件下,由下列試驗方法之一來確定：

——專用變頻器

●電機(jī)宜用預(yù)定變頻器進(jìn)行試驗。

●如果變頻器輸出電壓和輸出電壓波形諧波含量與±10%的輸入電壓變化有效獨(dú)立,同時保持額定電機(jī)輸入電流(速度所依賴的)和電壓和頻率比,輸入電壓±10%的正常變化不必增加。

注4:當(dāng)變頻器輸入電壓增加引起輸出諧波譜變化(甚至當(dāng)輸出電壓的標(biāo)稱正弦等效值保持恒定),會由于諧波效應(yīng)和附加飽和損耗導(dǎo)致電機(jī)鐵芯損耗增加。

——相似變頻器

●當(dāng)有足夠的信息判定相似性,則電機(jī)可用相似的變頻器進(jìn)行試驗。通常視情況用附加安全系數(shù)來說明相似性。

●如果變頻器輸出電壓和輸出電壓波形諧波含量與±10%的輸入電壓變化有效獨(dú)立,同時保持額定電機(jī)輸入電流(速度所依賴的)和電壓和頻率比,輸入電壓±10%的正常變化不必施加。

注5:當(dāng)變頻器輸入電壓增加引起輸出諧波譜變化(甚至當(dāng)輸出電壓的標(biāo)稱正弦等效值保護(hù)恒定),會由于諧波效應(yīng)和附加飽和損耗導(dǎo)致電機(jī)鐵芯損耗增加。

——正弦電壓

電機(jī)不必使用相似變頻器試驗,但可在以下所有條件下用正弦電壓試驗：

●預(yù)期負(fù)載扭矩與速度的平方成比例；

●電機(jī)宜在額定速度下施加最大負(fù)載；

●電機(jī)速度范圍在最大額定速度的40%～100 %；

●宜用附加安全系數(shù)來說明由變頻器控制時產(chǎn)生的附加損耗,安全系數(shù)為15%溫升(單位K),除非計算證明有其他安全系數(shù)。

——在正弦電壓下試驗的“d”、"p”(見注8)、“t”型防爆電機(jī)

●提供合適的直接熱保護(hù)傳感器,通常在定子繞組中,有足夠的裕度以檢測和阻止轉(zhuǎn)子軸承、軸承蓋﹑軸伸端上出現(xiàn)過高溫度。裕度可以通過試驗或計算確定。傳感器的強(qiáng)制連接和使用,與安全裝置一起作為特殊使用條件。

當(dāng)制造商、用戶和檢驗機(jī)構(gòu)(如果涉及)協(xié)商一致時,可用有合適安全系數(shù)的計算或替代試驗來確定表面最高溫度。計算宜基于前期建立的具有代表性的試驗數(shù)據(jù),并按照GB/T 21209。

為確定最高表面溫度,需要確定變頻器連接電機(jī)的最不利條件,可能包括以下內(nèi)容：

——扭矩/轉(zhuǎn)速特性[可變(平方定律)/線性/恒定轉(zhuǎn)矩與速度之比]:

●對用于可變轉(zhuǎn)矩負(fù)載的電機(jī),在最大額定轉(zhuǎn)速下的最大功率下測定最高表面溫度；

●對用于線性負(fù)載和恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載的電機(jī),至少在最小和最大轉(zhuǎn)速下測定最高表面溫度；

●對用于復(fù)雜負(fù)載的電機(jī),至少在轉(zhuǎn)速-轉(zhuǎn)矩曲線拐點(diǎn)處測定最高表面溫度。

——恒功率

●在最小和最大轉(zhuǎn)速下,測定最高表面溫度。

——電壓降(電纜長度、濾波器、變頻器)

●在方案設(shè)計和調(diào)試過程中,需要考慮所有元件的電壓降。因此,關(guān)于變頻器、濾波器的電壓降,沿電纜的電壓降,以及系統(tǒng)配置和變頻器輸入電壓的信息均需知道。制造商按GB/T 3836.1第30章準(zhǔn)備的說明書宜提供所有必要相關(guān)信息,便于計算/設(shè)置運(yùn)行范圍本文防爆云平臺整理發(fā)布。

——變頻器輸出特性(dv / dt 、開關(guān)頻率)

●低開關(guān)頻率往往增加電機(jī)的溫度。可能需要特殊使用條件以規(guī)定最小開關(guān)頻率。

●多電平變頻器(3或更高)通常導(dǎo)致電機(jī)發(fā)熱減少。

——冷卻劑

●用最小額定流量/最大額定冷卻劑溫度測定的最高表面溫度。

●可能需要特殊使用條件以規(guī)定冷卻劑要求。

注6:運(yùn)行中,轉(zhuǎn)子溫度可能明顯比定子溫度高。該問題的重要性隨防爆型式不同。轉(zhuǎn)子溫度的測定對于“eb”“ec”或一些“pxb”保護(hù)等級的電機(jī)特別重要,但當(dāng)熱轉(zhuǎn)子使這些高溫轉(zhuǎn)移到軸承,外部軸和密封件時,對“db”“pyb”"pzc”"tb”或“tc”保護(hù)等級也很重要。

注7:開關(guān)、脈沖和載波頻率被認(rèn)為具有相同的含意。

注8:保護(hù)等級“pxb”可能需要一個強(qiáng)制的冷卻時間來使內(nèi)部熱元件冷卻到標(biāo)志的溫度組別。

更多防爆行業(yè)資訊，敬請關(guān)注防爆云平臺(www.topsmartphonereview.com)云服務(wù)——行業(yè)資訊欄目!