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通过IEC与NEMA进行适当的电动机保护

   日期:2019-09-23     浏览:24    评论:0    
核心提示:IEC和NEMA电机控制在大多数情况下都可以正常工作,成为企业的应用选择最佳选择。有多种电机控制可满足两个主要标准之一:美国国家电气制造商协会(NEMA)ICS 2和国际电工委员会(IEC)60947。

IEC和NEMA电机控制在大多数情况下都可以正常工作,成为企业的应用选择最佳选择。有多种电机控制可满足两个主要标准之一:美国国家电气制造商协会(NEMA)ICS 2和国际电工委员会(IEC)60947。NEMA和IEC标准是分别制定的,具有不同的意图,从而产生了差异今天很明显。NEMA的理念是设计到标准的“框架”尺寸,以允许不同制造商之间的互换性并处理最坏的应用。起源于欧洲的IEC强调通过仅将所需容量应用于所服务的负载来节省空间和成本。与NEMA不同,IEC不会将启动器分类为特定的帧大小,而是使用利用率类别(例如AC-3,AC-4)对设备进行评分。

这些利用率类别特定于应用程序和占空比。IEC依靠每个制造商或外部实验室评估产品的特定用途类别。IEC方法论意味着每个制造商可能提供多种不同的产品,涵盖一个NEMA框架尺寸。广泛使用的IEC利用类别包括:

AC-1适用于纯电阻或仅微电感负载,例如加热器电路

AC-3用于例行启动和停止鼠笼式电动机,并且仅偶尔进行点动

AC-4与AC-3相似,但包括点动和堵转(以速度慢跑和反转),需要对电动机电流。

进行瞬时控制

低于100A或50hp的NEMA设备通常是IEC设备尺寸和价格的两倍。因此,IEC设备在2到900hp之间提供了大约两倍的起动器尺寸选择,这使得选择合适的组件比使用NEMA更为关键。

NEMA类型的设备具有更坚固,更坚固的设计,并且具有更保守的额定值,但是IEC凭借其较小的尺寸和较低的成本,在许多应用中是更好的选择。有些人认为IEC设备不能像NEMA设备那样被滥用,但是正确选择启动器以及精心设计的短路和过载保护设备应能提供令人满意的性能。

很明显,NEMA标准希望保持简单,因为在2hp至900hp之间有10种NEMA起动器尺寸,在这个范围内,一家IEC制造商有20种尺寸。NEMA标准通过提供适用于广泛应用的设备来简化选择。IEC标准具有更多的启动器,每个启动器都适合于更具体和狭窄定义的应用范围。产品种类繁多,因此必须在考虑占空比,电机功率,满载电流和其他因素的情况下精确设计系统,这一点很重要。两种标准的选择过程相似,但对IEC更加严格,这种差异通常会成为IEC与NEMA决策的因素。

做出选择

NEMA和IEC起动器均额定用于100万次电气操作,并且每种UL测试均相同。在选择组件时,许多设计人员会在NEMA和IEC之间的两个主要区别上停下来,即尺寸和成本。尽管这些都是严重的因素,并且最容易定义,但是应该深入研究影响总生命周期成本的其他因素。

对于具有明确应用程序的用户,IEC是有意义的。该标准非常适合那些有时间和专业知识的用户,以精心设计其电动机控制和保护电路,以精确地适应众所周知的操作环境。这几乎包括任何原始设备制造商,因为多余的前期设计成本将通过较便宜的IEC组件迅速弥补。

对于电动机经常出现过载或电动机负载定义不明确的情况,NEMA可能是更好的选择。对于一次性设计的人,尤其是在操作参数鲜为人知的情况下,仅使用NEMA并放弃IEC所需的精确设计可能会更便宜。

例如,如果最大电流未知,则NEMA设备通常是最佳选择。NEMA1号起动器在480V时最大功率为10hp,其连续额定电流为27A,而同等IEC设备的额定电流仅为18A,因此了解IEC设计负载的确切特性至关重要。在诸如大型未定义项目或经常更改工作和装载周期的系统之类的应用中,易于指定NEMA证明了价格和尺寸的限制。这就是NEMA设备在石化和钢铁等重工业中拥有强大立足点的原因。

NEMA设备还具有比IEC设备更通用和可更换的零件。因此,当停机时间很关键并且设施中已安装大量设备时,这是一个额外的好处。另一方面,IEC设备基本上是100A以下的一次性设备。根据用户以及设施中应用的数量和类型,这可能是一个障碍或好处。

IEC起动器要求了解负载及其占空比,以适当地确定其大小。例如,IEC起动器列出了AC-1和AC-3利用率电流,它们是完全不同应用的额定电流。理解差异对于正确确定启动器的大小至关重要。一个典型的IEC5-hp启动器将标记为18A(AC-1)和7 A(AC-3)。如果应用中经常发生点动或全电压反转的情况,则起动器可能无法胜任该工作,因此建议将设备定为一或两个等级。

通常,NEMA启动器更强大。弹簧,触点和其他组件可能会遭受更多的滥用,振动和冲击。通常将启动器线圈封装起来以防止受到污染,其中IEC线圈仅采用胶带包装和涂覆。另一方面,NEMA使用更多的线圈功率,并需要更多的外壳空间和间隙。

NEMA起动器是开放式设计,因此安全保护罩通常单独购买或在现场添加。IEC接触器和起动器通常具有IP20手指安全等级,这使其更安全地采用开放式面板设计。

最后,考虑将电机控制设备与自动化系统集成在一起的现代控制环境。与NEMA相比,IEC设备具有更多选择,可以使用开放的现场总线标准将组件网络连接到分布式控制系统中。

过载和单相

尽管大多数电动机保护方案都可以使用IEC或NEMA组件,但两种标准在防止热过载或单相情况方面存在显着差异。固态或电子式过载继电器已成为IEC和NEMA起动器应用的流行解决方案,并且这些继电器与标准NEMA热电过载设备明显不同。

标准的NEMA过载继电器使用双金属或共晶合金过载。电子过载提供了卓越的性能,但是通常作为选件提供,但需要额外付费。标准过载继电器使用可移动加热器来启动保护继电器,该继电器必须在跳闸后在设备上手动复位。但是对于电子过载,一旦操作员确认安全状况,便可以激活内置的自动重置功能。

IEC和NEMA过载继电器之间的另一个重要区别是缺相检测。关键的电动机保护功能是IEC起动器的标准配置,但必须添加到标准NEMA起动器中。

尽管很难确定IEC启动器的尺寸,但标准NEMA过载尺寸也可能很棘手。每个加热元件根据其安装单位可以代表不同的安培数。每个制造商都有几十张桌子,以根据负载确定加热器的尺寸。知名制造商提供的特定过载单元,最大满载电流值为11.2A至14.0A。同一过载单元还具有其他公布的值,这些值在单相应用中的额定值更高。由于这些是热电设备,因此环境温度校正计算可能会调整额定值。如果不精通此过程,则很容易产生尺寸错误。

IEC和NEMA的保护解决方案

IEC和NEMA的电机控制电路包括分支电路保护,启动器和过载保护。UL列出了IEC启动器,其中定义了保险丝和断路器的组合,可一起用于各种电动机和负载。

即使在设计参数指定的时间内安全清除了故障,起动器也可能在短路后损坏。NEMA设备具有更广泛的测距能力,可以抵御可能的故障损坏,但是具有适当的短路保护功能的故障很少会损坏IEC起动器。

与可比较的NEMA组件相比,IEC起动器上游短路/接地故障保护选择不当会导致更多的焊接触点和“自毁”单元,但是2型配合可以使此问题最小化。类型2协调是IEC 60947-4-1中描述的保护类别。第8.2.5.1节规定,第2类协调要求在短路条件下,起动器不得对人员或装置造成危险,并且应适合进一步使用。

通过2类协调,IEC和NEMA起动器的保护方案几乎没有区别。尽管NEMA起动器开箱即用可以具有更高的短路电流耐受额定值(SSCR),但使用适当尺寸的限流断路器或CC级或J级熔断器可提供IEC相似的SCCR额定值。使用适当的保险丝或断路器组合,IEC启动器达到65–100kA并不少见。需要注意的是,制造商必须组合测试单元,而购买者必须使用确切的测试配置组件。

尽管不是通用的,但大多数NEMA起动器都配备了20级过载,而IEC则配备了10级过载。这意味着IEC在跳闸前将在10秒钟内处理600%的电流,而NEMA则在20秒内处理相同的电流。乍一看,这似乎是NEMA的优势。但是,由于转子被锁定,因此对电动机损坏的保护作用较小。对于需要较长加速时间的应用,例如重载的输送机或破碎/研磨操作,需要更长的NEMA时间。在材料处理,泵送和包装等标准应用中,NEMA20级过载可能会在真正的过载条件下损坏电机。

注意事项

许多用于减少IEC设备故障的常用方法是将启动器的尺寸扩大到下一个范围。这样可以提供大约30%的额外容量,并且根据许多经验丰富的工程师和电工的说法,它可以很好地工作。例如,用于10马力,480V电动机的IEC起动器可以升级为25A的设备,使其可与NEMA1号规格媲美。这也节省了超过11平方英寸的面板空间。

在某些情况下,升压可能会有所帮助,但是对于2hp,480V的电动机,无需升压相当于A额定NEMA尺寸为9的IEC9A起动器,因为这是过大的做法,并且会否定尺寸和尺寸。IEC的成本优势。确定IEC或NEMA起动器尺寸的关键是评估负载的负载,而不仅仅是安培数或功率。

IEC设备即使在高负载下也可以毫无问题地处理标准的全线起停。但是,可能损坏触点的环境条件(例如过热或空气中的污染物)是加大尺寸的充分理由。频繁的反转和点动是AC-4的使用类别,可能会损坏启动器。不过,这些影响微乎其微,因为NEMA指出,与AC-3相比,AC-4的使用可能会使IEC起动器的电气寿命缩短其寿命的2%。

在应用程序上表现出色

汽车,石化,钢铁以及纸浆和造纸行业的最终用户通常会指定NEMA设备。使用类别(例如,插入和微动较大的惯性负载)可能需要NEMA,但是即使不是这种情况,通常还是首选该标准来确保整个设施的通用性。

采石场或矿山中的起重葫芦或大型输送机存在高惯性负载,可能会频繁启动,停止,倒转和轻推。这些类型的安装通常在恶劣的环境中。在这种情况下,必须保证电机控制中心和NEMA起动器。

IEC电机控制在物料搬运和包装行业等应用中表现出色,在该行业中,大型输送机系统和大量小型电机可以移动物料或包装产品。负载相对较轻;安装紧凑价格敏感性高。工业控制面板中的IEC启动器组是一个紧凑的解决方案。NEMA电机控制中心控制50台或更多¾hp到1.5hp的电机,在成本和空间要求方面都显得过高。

在许多应用中,传统,规范或当地意见决定了使用NEMA或IEC组件的决定。两种类型的控件都有其自然适用的区域,但是许多NEMA传统行业都在采用IEC控制以节省成本或节省空间。许多人已经预测了NEMA的死亡已经有好几年了,但是它仍然存在并且表现良好。在可预见的将来,NEMA将会占有一席之地,尤其是在美国的重工业应用中。

在大多数情况下,可以使用IEC或NEMA,但是IEC设备需要更多的前瞻性和计划性。如果做得正确,IEC控件可以带来丰厚的回报并提供竞争优势。

 

 


 
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