手段四:极限温度与 tE 时间——增安电机的灵魂参数

如果说隔爆的命根子是接合面间隙,增安电机的命根子就是 tE 时间——转子被堵住后,绕组温度升到极限温度所需的时间。这段时间是留给保护装置的"逃生窗口":tE 够长,断电保护来得及动作;tE 太短,电机烧穿之前保护还没醒。本篇讲 tE 的定义、计算链条,以及它和启动电流比、危险因数表的关系。

系列 增安设计思维 · 05/07阅读 约 12 分钟对应标准 GB/T 3836.3-2021 第 4.8 条、表 3、表 5、图 2、5.2 条、附录 A

一、tE 时间:给保护装置的"逃生窗口"

tE 时间:电机在额定温升状态下转子堵转,绕组(或鼠笼转子)温度上升到极限温度(表 4 的"tE 终了温度")所需的时间。

链条是这样的:

  1. 电机堵转 → 电流锁定在启动电流 IA(数倍于额定电流 IN);
  2. 绕组以堵转电流发热,温度从正常运行温度往极限温度爬升;
  3. 温度到达极限温度(B 级 185 ℃、F 级 210 ℃……见表 4)之前,过流保护装置必须切断电源。

所以设计公式天然成立:保护装置动作时间 < tE,且留裕量。标准通过图 2 的曲线给出最低要求:按启动电流比 IA/IN 查曲线得到最小 tE(启动电流比越小,允许的 tE 越短,因为小启动电流的堵转温升慢)。IA/IN 与 tE 必须一起标志在铭牌上(5.2),供用户选配保护装置。

算例:某 B 级绝缘增安电机,IA/IN = 6,标准图 2 曲线对应的最小 tE 约 5 s 量级;实测 tE = 9 s。选配保护:反时限过流继电器的动作时间曲线在 6 倍电流处必须 < 9 s(建议 ≤ 0.75×tE 留裕量)。如果客户现场的旧保护装置在 6 倍电流下要 12 s 才动作——这台电机不能投运,tE 是选型时交付给用户的系统参数,不只是制造厂内部指标。

标准条款卡片
标准条款卡片 GB/T 3836.3-2021 5.2 条:eb 级电机应确定启动电流比 IA/IN 与 tE 时间并标志;tE 时间的最低要求按标准图 2 由 IA/IN 确定;保护装置的动作时间应小于 tE。(ec 级电机在 S1/S2/S6/S9 工作制下启动不作为正常状态考虑,详见 5.2 对 ec 的规定。)

二、表 3:温度测定的工况菜单

表面温度与绕组温度在什么工况下测?表 3 按设备类型给出"额外情况":

  • 电机(eb):按 5.2——须考虑启动(含堵转)工况;
  • 灯具:按 5.3(含光源失效工况,第 6 篇讲);
  • 电磁铁:最不利气隙下通电;
  • 端子、电阻器:无额外工况;
  • 电机(ec):无(正常运行即可)。

三、表 5:鼠笼转子的"危险因数"自评

中大功率增安电机还有一个隐藏点火源:鼠笼转子导条与铁芯之间的火花(转子槽开口处电磁力引起微弧)。表 5 给出评分制评价方法——按转子结构、极数、功率、冷却通道、斜槽、突出部分、极限温度逐项打分求和:

  • 总因数 > 6 → 存在气隙火花点燃风险,须采取措施:非绝缘导条改绝缘、试验验证、限制启动电流或提高装配质量等;
  • 总因数 ≤ 6 → 风险可接受。

打分直觉(摘录几项):非绝缘导条机制鼠笼 +3;开口槽铸铝转子(≥200 kW/极)+2;2 极电机 +2;额定功率 >500 kW/极 +2;极限温度 >200 ℃ +2……中大功率高速电机的分数天然偏高,这是"大增安电机难做"的定量注脚。

tE 逃生窗口示意图
图 5-1|tE 逃生窗口示意图

四、设计计算链条(帮客户做电机方案时的核对顺序)

  1. 热设计:额定工况热点温度 → 按表 4 选耐热等级(留裕量);
  2. 堵转仿真/实测:堵转电流 IA → 绕组温升速率 → 推算 tE;
  3. 对照图 2:tE ≥ 按 IA/IN 查得的最小值,否则改设计(增加铁芯长度、降低电流密度、提升绝缘等级);
  4. 表 5 自评:危险因数 > 6 时加措施;
  5. 标志:IA/IN、tE 上铭牌;说明书给出推荐保护曲线;
  6. 附录 A 测定:型式试验按电阻法测 tE 曲线,出具报告。

五、常见设计误区

  1. "tE 大就是好"的片面理解:tE 是与保护装置联动的系统参数,铭牌之外没有意义——卖电机不告诉用户怎么选保护,等于白留逃生窗口;
  2. 把启动工况温度与正常运行温度混算:表 4 的"正常运行行"与"tE 终了行"是两个坐标系,核算时别串行;
  3. ec 电机不做任何启动考虑:ec 在规定工作制下不把启动视为正常状态,但频繁启动/点动的应用(S3/S4/S5)仍需另行评估,按 5.2 对 ec 的规定执行。

本篇小结

  • tE = 堵转后绕组升到极限温度的时间,是留给保护装置的逃生窗口;
  • 设计公式:保护动作时间 < tE(留裕量);最小 tE 由 IA/IN 查图 2 确定;两个数都要上铭牌;
  • 表 5 危险因数 >6 的鼠笼转子要加防气隙火花措施——中大功率高速电机的定量难关;
  • 计算链条:热设计 → 堵转温升 → tE 核对 → 表 5 自评 → 标志与说明书 → 附录 A 测定。

下期预告:第 6 篇《专用设备:灯具、电池与加热器》——灯泡与保护罩的距离表怎么用?什么样的电池能进增安壳?电阻加热器的"自限温"要求是什么?下一篇见。


参考资料 1. GB/T 3836.3-2021 第 4.8 条、表 3、表 4、表 5、图 2、5.2 条、附录 A 2. GB/T 3836.1-2021 第 5 章(最高表面温度)

免责声明:本文为科普介绍,图 2 曲线取值与表 5 因数以标准原文为准,tE 测定以型式试验报告为准。

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