浅谈防爆变频电机的试验方法

1、浅谈防爆变频电机的试验方法<电气防爆2Oo7,I浅谈防爆变频电机的试验方法9浅谈防爆变频电机的试验方法(1.CQST,河南南阳473008;2.浙江省高低压电器产品质量检验中心,浙江乐清325604)关键词变频调速;防爆电机;试验摘要爆炸危险场所对变频调速电机的需求量很大,但是目前国内外标准中对于此类电机的试验方法都没有详细规定.文章收集了国际上三家相关认证机构的试验内容,并进行了分析和统计,为同行提供了参考依据.中图分类号TM306文献标识码B文章编号10049118(2007)01一OO0905DiscussiononTestMethodonExVariable.freque

2、ncyMotorMAQiuju,XUQijin(1.Oh/haNationalQualityandTestCenterforE,qionProteaedElearical,HenanNanyang4730138;2.ZhejiaQ,itySumnsionandTestCenterfortrtgh一&low一EkaHml和,lg3256O4)Keywords:speedcontrolbyfrequencyvariation;Exmotor;testAbstract:ThedemandforExvariationfrequencymotorusedinhazardouslocati

3、onisgettingmoreandmore.However,thereisnoprescriptionindetailsforthetestprocedureforsuchmotorinthecorre.spondingstandardsbothhereandabroadatpresent.,I11eauthorcollectedsomeinformationfromothertestingorcertificationbodiesoftheworldaboutthetestsonExvariable.frequencymotorandmadearia.1yticstatisticsfort

4、hereferencetotheprofessionalreaderinthisfield.O引言随着电力电子技术的不断发展,交流变频调速理论研究和技术应用的13趋成熟和完善,通用变频器和普通三相异步电动机组成的变频调速系统以它良好的调速性能,在工业,民用等生产领域中得到迅速普及,正在被世界各国的电机制造厂家开发和生产.国内石油,化工,纺织,制药以及煤炭等行业存在爆炸性危险气体的环境中,需要实现自动控制或者通过变频能够实现节能的场所对调速电机的需求量一直很大.但是对于防爆变频电动机的试验,目前国内和国际标准中没有详细规定,也没有成形的试验2000中5.1.4.4条中规定:由变频电源供电的电动机

5、,7规定:由变频器供电的电动机应与变频器一起进行试验,息在IEC6003417中有一些介绍,主要的事项包括过热,高频和过电压影响以及轴承电流和高频中有介绍.2001中规定,用变频器改变频率和电压供电的电动机应与说明书文件(文件应包括对于使用变频器要求的必要参数和条件)中规定的变频器组合为一个单元进行试验.如果不能进行试验的例外情况,温度组别可以通过计算来确定.并要注意两个事项:(1)通过计算确定的温度组别在制造厂,用户和检验站之间应取得一致同意.(2)用非正弦电源供电的电动机或者以可控硅负载运行的发电机的定子和转子间的温差,可能与用正弦电源或线性负载运行的同样电机上出现的温差变化大不相同.因此

6、,对电机转子温度特点要特别注意,它可能是电机的极限特性,特别是转子鼠笼绕组.而对于隔爆型的变频电动机,标准中没有提收稿日期20070205作者简介马秋菊,女,1974年生,1996年毕业于湖北工学院检测技术专业.主要从事国际防爆电气产品检测工作.10浅谈防爆变频电机的试验方法(电气防爆)2oo7,1到相关的试验方法.1相关认证机构的检验方法为了找到防爆变频电动机合适的试验方法,笔者收集了部分防爆变频电机的检验资料,这些产品的检测由三家知名的防爆认证检验机构(法国LCIE,英国Baseefa,德国肿)进行,对这三家电动机的试验内容进行了分析和统计,现汇总如下:机座号160400,ExdlIB/I

7、ICT1一T6,ExdeIIB/IICT11"6由法国LCIE发证,样机机座号160,功率11kW,4P,变频范围0100Hz,电压:380400415V50Hz,440460V60Hz.因为对于隔爆型电动机来说,电机最高表面温度是考核的重点,试验报告中给出了两个试验过程,包括工频电网供电和变频器供电的过程.进行的试验如下:(1)工频电网供电下的试验包括额定电压400V下试验和360V电压下试验.电机的额定电压为400V50Hz.最严酷的工作状态:360V(*90%)5oHz试验结果见表1.褒1360V×最严酷状态是电压4oov(U)(U一lO%)360V(U一10%)频率

8、505050输出功率llll额定输出功率折算到4o环温最高表面温升34K38K下,最高表面温度端子套处温升27K3OK为78.接线盒内温升26K3OK(接近端子)热电偶分布位置为机座,定子绕组,接线盒内以及端子套处,定子绕组依据电阻法检查是否超过绝缘等级要求的温度.(2)带变频器进行试验分为内风扇冷却和外部风扇通风冷却两种方式.根据厂家的频率转矩设计曲线选择试验点进行测试,频率点为5Hz,20Hz,30Hz,45Hz,50Hz,75Hz.每一个机座号都选择样机进行测试,测取最高表面温度.变频器供电下的温度试验结果见表2.表2T负载T负载折算到40环频率额定/N.m额定面温升组温升,L处温升,k

9、最高温50Hz10Hz度/LCIE描述试验时指出该试验程序与电网供电下的试验相同,电动机在0.9倍电压,额定输出功率下进行试验.根据试验结果可知,选择按照厂家设计的转矩一频率曲线图上的转矩,频率点进行测试时,电机的最高表面温度没有超过T4组温度要求(最高4O环温下不超过130),并且有一定的安全裕度,因此电机合格.对于每一个机座号都选择一台样机进行了测电偶进行热保护,并且安全数据在一个副铭牌上给出.1.2日本某公司生产的11.型电动机,机座号315,355,400,450高压电机采用试验和温度有限元分析计算方法比对,通过对某个样机的实测定转子温度(在工频电压和变频器供电两种情况下)和有限元计算

10、法得到的数值进行比对,得到验证,有限元分析法得到的数值比实测值大57K,更加严酷一些,数值可靠.之后对于样机都没有实际测试,都采用此分析方法对定,转子温度进行了计算.定子绕组,轴于大型电机并且能提供有效数据的制造厂,因此不具有普遍意义.有限元分析方法详细过程如下:Hz一175AF<电气防爆)2007,1浅谈防爆变频电机的试验方法变频器:120kVATOSVERTMV测试和分析的结果如表3,表4所示.表359Hz下试验测试结果分析结果转子表面温度(电网供电)56K58K衰449Hz下试验测试结果分析结果可以看出有限元分析法和实测结果基本吻合,因此转子表面的温升可以推算如下:59Hz

11、下64.7K(考虑试验条件后的转子表面)49Hz下59.1K(考虑试验条件后的转子表面)1.3某厂家生产的增安型变频电动机,由德国PTB审查发证总体:具有轴承温度监控,定子温度监控,内部冷却空气监控.功率11442200kW电压24004270V电流345345A转速7801500r/min工作制类型s1绝缘等级F监控系统:温度监控设备保护电机以免过载产生过热,而且,变频器设置数据固定,考虑到变频器供电电机和相配用的监控装置的特性,对于变频器供电的电动机IA/IN和t时间不再规定.对于该电机具有的温度监控系统,由6个PT100的测点和断开设备组成,断开设备应被调整到当绕组温度达到110时能够进

12、行报警,其中任一测点温度达到120时立刻停机.电机安全使用条件:本电机只能配用与试验时采用的同样的变频器,而且在上述规定数据下使用,用上面描述的设备进行监控.变频器设置数据如下:电流限制连续最大电流:360A电流限制短时电流:407A最大电流下允许时间:最多60s最小频率下允许的时间:最多60s可以看出,变频增安型电机的发证和试验是电机和配用变频器一起试验,并通过验证变频器在额定温度下能否动作,定转子最高表面温度在保护装置动作时是否超标来判定是否合格.由于资料有限,试验部分没有详细描述,无实给出的数据分析,以通过的最大电流进行试验,变频电机在低频下温度场是否变化也不确定,因此不能得出确切的方法

13、.2试验方法及分析从以上的资料可以看出,对于隔爆型电机,要根据厂家设计的频率一转矩特性曲线,选择合适的频率点进行0.9倍电压下的温度试验,但是究竟选择多少点,这些频率点如何选择,需要检验人员积累经验找到温度最高点,进行测试.对于增安型电动机,为促进变频增安型电机的使用,满足客户需要,拟编制如下检验大纲,和读者探讨,并有待在以后的工作中进行验证:(1)增安型变频电机在结构设计上应符合增安型电机结构.2001中规定,带变频器试验.(3)增安型变频电机在所发防爆合格证上要清楚标明使用的变频器型号,参数设定和变频器制造厂及其他温控装置,包括冷却方式.(1)t时间变频电机的突出特点是,频率变化大,电压,

14、电流变化大,对于t时间的测定几乎是不可能的,因为不能确定哪一个状态是额定运行状态.变频器自身带有过流保护装置,一旦超过设定的最大电流,变频器输出保护.因此,利用变频器供电进行堵转实测t时间也不可能.所以增安型变频电机不宜用t时间保护.应使用定子测温保护.12浅谈防爆变频电机的试验方法<电气防爆)2007,1(2)定子测温保护增安型变频电机可按照GB3836.3中5.1.4.4中规定,设置埋人绕组的测温元件进行保护.同时监测转子表面温度.在各种故障状态下,验每相至少有一个测温点,并且要加强测温线的保护措施.(1)试验装置:被试电动机,转矩传感器,负载机(或测功机).通过转矩传感器(

15、或测功机)得到被试电动机的负载情况.确定试验电流或试验转矩.(2)热过载试验在变频电机允许的频率范围内进行覆盖全部频率段的试验.例如5100Hz的变频电机,也从5Hz开始,100Hz结束.验证点为频率间隔10Hz如:5,15,20100Hz,可根据试验情况,或厂家的计算数提供完整的计算单,包括定子或转子电流,不管如何选取,最常用的拖动频率(工况)必须在验证范围.一般可选取5个点,如果制造厂有试验报告和计算单,则须抽查验证45个最高温度点,如数据时,这个简略方法不适用.加载:电动机在规定的频率和负载下(如5Hz)稳定运行达到温升稳定后,逐步增加负载,每个负载点稳定时间应在1小时以上(或显示在本负

16、载点温升已稳定).直至定子测温保护或变频器过电流保护装置动作,测得的转子温度和定子用测温纸法.定子温度除记录温度显示器的温度外,必须得大于绕组的绝缘等级.注:经验表明,突然增加负载到某一较大电得的温度低得多.(3)缺相保护试验电动机在最常用频率下,稳定运行达到温升稳定后,任一相断开直至定子测温保护或变频器过电流保护装置动作,测得的转子温度和定子温测温纸法.定子温度除记录温度显示器的温度外,必须得大于温度组别.(4)启动,停机试验电动机在最常用频率下,稳定运行达到温升稳定后,电动机在变频器规定的加减速时间指标下,电动机带规定负载条件下(恒转矩或恒功率)能够正常的运行,且在设定的加减速时间测试中,

17、测得的转子温度和定子温度不得超过允许的温度组别.启动试验时注意:将变频器设定为电机允许的最高频率(或技术条件允许的最大给定频率),额定负载.停机试验:将变频器设定为电机允许的最高频率(或技术条件允许的最大给定频率).并在此工况下运行.按停止键,电机在试验过程中带额定负载.(5)堵转试验电动机在冷态情况下堵转,变频器在设定电压,频率下运行,直至定子测温保护或变频器过电流保护装置动作,测得的转子温度和定子温度不纸法.定子测温保护可设定为:允许的最高表面温度(或温度组别)一稳定温度.判定:定子绕组温度=稳定温升+堵转温度一试验环温+40(最高环境温度)定子绕组温度小于允许的最高表面温度(或温度组别)

18、.转子温度=稳定温度一试验环温+堵转温度一试验环温+40(最高环境温度)转子温度小于允许的最高表面温度(或温度组别).(6)温升试验电动机在最常用频率下或可能产生最高温度的工作状况下(最不利状况下),稳定运行达到温升稳定后,测量其定转子温升.原则上还应在全频率段下进行,但考虑试验的繁琐,故如此规定.2001)轴电压的测定(轴电流):变频电机设计时应考虑消除轴电流和减小轴电压的措施,轴电压(峰值)不得大于500mV.绝缘系统:由于大量瞬间脉冲尖峰电压的施<电气防爆)2oo7,1北美防爆电气安全体系和认证(续)l3萋标准冀翟ibc,北美防爆电气安全体系和认证(续)寇晓光(南阳防爆电气

19、研究所,河南南阳473008)4标准制修订组织在北美安全体系中的作用在北美,特别是在美国,有众多的组织和机构参与爆炸性危险场所用电气设备标准的制修订工许多国家标准ANSI直接采用了标准制修订组织和机构制定的标准.而且,包括前面提到的(美国)国家电气法规,它的技术委员会成员也来自这些组织机构.北美标准体系是以产品标准为主线.爆炸性危险场所涉及到许多行业,所用到的电气设备也种类繁多.在北美,负责制修订与防爆产品有关的标准的组织机构主要有:*美国安全检测实验室公司(UL)*加拿大标准协会(CSA)*电气和电子工程师学会(IEEE)*仪器仪表,系统和自动化学会(ISA)*矿用安全和健康管理局(MSHA)*(美国)全国电气制造商协会(NEMA)*国家防火协会(NFPA)*美国海岸警卫署(uscc)4.1.1美国安全检测实验室公司(UL)美国安全检测实验室公司是一个私立的,跨国经营的产品安全测试和认证机构,在防爆电气产品领域主要负责实验与审批非矿井用电气设备的安全性工作.4.1.2加拿大标准协会(CSA)加拿大标准协会(CSA)成立于