該文發(fā)表在《智能建筑電氣技術(shù)》2015年第9卷第5期上。

筆者是CPS技術(shù)和應(yīng)用的倡導(dǎo)者和推動(dòng)者！

早在1992年，國(guó)際電工委員會(huì)頒布了IEC 60947-6-2:1992標(biāo)準(zhǔn)文件，規(guī)定了“控制與保護(hù)開關(guān)電器”相關(guān)要求，開創(chuàng)了電動(dòng)機(jī)保護(hù)與控制的新紀(jì)元。CPS是英文Control and Protective Switching Device的縮寫，對(duì)電動(dòng)機(jī)保護(hù)而言是革命性的，它成功的解決了過去一直沒有解決好的電動(dòng)機(jī)保護(hù)配合問題。我國(guó)于1998年在IEC標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上制定了我國(guó)第一部國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB 14048.9-1998，從此CPS逐漸為行業(yè)內(nèi)從業(yè)人員所認(rèn)識(shí)、接受，并逐漸推廣和應(yīng)用。令人欣慰的是，我國(guó)自主研發(fā)的CPS達(dá)到了世界同類產(chǎn)品的先進(jìn)水平，部分指標(biāo)優(yōu)于國(guó)外產(chǎn)品，生產(chǎn)廠家多達(dá)數(shù)十家，并培育出了常熟、中凱、遠(yuǎn)泰、泰永等骨干企業(yè)，產(chǎn)品特點(diǎn)鮮明，質(zhì)量穩(wěn)定、可靠，額定電流高達(dá)225A，可滿足95kW及以下交流電動(dòng)機(jī)直接啟動(dòng)的需求，帶動(dòng)我國(guó)CPS產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。經(jīng)過北京奧運(yùn)場(chǎng)館、上海世博會(huì)等重大工程的應(yīng)用驗(yàn)證，國(guó)產(chǎn)的CPS性能穩(wěn)定，可靠性高，是值得信賴的低壓電器。

1 電動(dòng)機(jī)保護(hù)配合的原則

電動(dòng)機(jī)保護(hù)配合較多，歸納起來主要有如下三個(gè)原則：

第一，保護(hù)器件的配合

如圖1a所示，傳統(tǒng)的電動(dòng)機(jī)主回路由多個(gè)元器件組成。短路保護(hù)由短路保護(hù)電器完成，通常采用斷路器或熔斷器；過載保護(hù)由過載保護(hù)電器實(shí)現(xiàn)，通常采用熱繼電器。無論是過載還是短路，都會(huì)產(chǎn)生較大的故障電流，在保護(hù)電器動(dòng)作之前要求控制電器（通常采用接觸器）有足夠的能力承受這么大的故障電流。

因此，電動(dòng)機(jī)的保護(hù)需要配合嚴(yán)密，不留死角，否則會(huì)造成設(shè)備或器件損壞。電動(dòng)機(jī)保護(hù)的配合可以用圖2直觀的表示。圖中1是熱繼電器曲線，用于過載保護(hù)；2是電磁脫扣器曲線，用于短路保護(hù)；3和4分別是熱繼電器耐熱極限曲線和SCPD耐熱極限；Ij為熱繼電器脫扣曲線與SCPD電磁脫扣曲線的交點(diǎn)，由熱繼電器廠家提供。理想的保護(hù)配合和分工如表1所示，這樣短路保護(hù)電器和過載保護(hù)電器分工明確，各司其職。

圖2  電動(dòng)機(jī)保護(hù)配合曲線

表1   保護(hù)器件的保護(hù)分工

第三，保護(hù)配合的類型

《民用建筑電氣設(shè)計(jì)規(guī)范》JGJ16-2008第9.2.4條第4款第1項(xiàng)指出，電動(dòng)機(jī)保護(hù)配合分為1類和2類配合，詳細(xì)描述和特點(diǎn)見表2所示。顯然，2類配合強(qiáng)調(diào)供電的可靠性和連續(xù)性，適用于重要負(fù)荷（如消防類負(fù)荷）。

表2  1類配合和2類配合

2  CPS的特點(diǎn)

如前所述，傳統(tǒng)的電動(dòng)機(jī)主回路有隔離電器、短路保護(hù)電器SCPD、控制電器、過載保護(hù)電器及附屬電器等組成，與傳統(tǒng)的分立元件相比，CPS（如圖1b所示）的優(yōu)勢(shì)非常顯著，主要特點(diǎn)如下：

2.1 CPS保護(hù)配合嚴(yán)密

CPS保護(hù)配合分工明確，不留死角，配合嚴(yán)密，完全符合上文所述電動(dòng)機(jī)保護(hù)配合的要求，滿足《民用建筑電氣設(shè)計(jì)規(guī)范》JGJ 16-2008相關(guān)條款的規(guī)定。

2.2 主回路簡(jiǎn)潔

圖1b所示，CPS構(gòu)成的電動(dòng)機(jī)全壓?jiǎn)?dòng)電路非常簡(jiǎn)單，一個(gè)器件構(gòu)成一個(gè)回路。CPS集成了電動(dòng)機(jī)的保護(hù)電器、控制電器、隔離電器等功能。

2.3 保護(hù)齊全

CPS具有多種保護(hù)功能，例如相間短路保護(hù)、接地故障保護(hù)、過載保護(hù)、斷相保護(hù)等，同時(shí)其體積比分立元件的要小很多，控制箱體積可以大大減小，節(jié)省空間。

2.4 控制多樣

CPS可以進(jìn)行電動(dòng)機(jī)全壓?jiǎn)?dòng)、星三角降壓?jiǎn)?dòng)、單向控制、可逆控制、雙電源（ATSE）控制等多種控制，控制非常靈活。

    當(dāng)然，目前CPS尚不能做到電動(dòng)機(jī)控制與保護(hù)的全覆蓋，最大額定電流只有225A，只能應(yīng)用于中小容量的電動(dòng)機(jī)。

3  CPS在民用建筑中的應(yīng)用

3.1 應(yīng)用依據(jù)

《民用建筑電氣設(shè)計(jì)規(guī)范》JGJ 16-2008第9.2.6條第1款第1）項(xiàng)規(guī)定，控制與保護(hù)開關(guān)電器（CPS）宜用于頻繁操作及不頻繁操作的電動(dòng)機(jī)回路。規(guī)范條文有如下含義：

a）規(guī)范里所述的電動(dòng)機(jī)回路是指電動(dòng)機(jī)主回路，CPS可以代替隔離電器、短路保護(hù)電器、控制電器、過載保護(hù)電器等，簡(jiǎn)化了電動(dòng)機(jī)主回路，可靠性得以提高；

b）規(guī)范沒有對(duì)CPS的應(yīng)用場(chǎng)所、負(fù)荷類型等方面做進(jìn)一步的要求，也就是說，規(guī)范沒有限制CPS在各種類型的民用建筑、各類負(fù)荷中的應(yīng)用；

c）沒有限定電動(dòng)機(jī)操作的頻次。民用建筑中新風(fēng)機(jī)組、空調(diào)機(jī)組、送風(fēng)機(jī)等屬于頻繁操作的電動(dòng)機(jī)，而排煙風(fēng)機(jī)、消火栓泵等屬于不頻繁操作的電動(dòng)機(jī)。

  3.2 應(yīng)用場(chǎng)所及舉例

常用的風(fēng)機(jī)、水泵控制詳見國(guó)標(biāo)圖集《常用電機(jī)控制電路圖》16D303-2~3相關(guān)章節(jié)，本文重點(diǎn)介紹該標(biāo)準(zhǔn)圖中沒有涉及到的應(yīng)用，供讀者參考。

3.2.1 CPS在排煙風(fēng)機(jī)和正壓送風(fēng)機(jī)中的應(yīng)用

    由于消防負(fù)荷的特殊性和重要性，加之CPS是新技術(shù)、新產(chǎn)品，根據(jù)專家審查的意見，10D303-2~3暫沒在消防類的設(shè)備中使用CPS，待經(jīng)過實(shí)踐驗(yàn)證后再進(jìn)行補(bǔ)充。又經(jīng)過多年的驗(yàn)證和工程實(shí)踐，在16D303-2~3，CPS得到廣泛的應(yīng)用。

圖 3  排煙風(fēng)機(jī)、正壓送風(fēng)機(jī)控制圖1

圖3是排煙風(fēng)機(jī)和正壓送風(fēng)機(jī)控制圖，其主回路參見圖1b，為CPS方案，適合于交流380V單臺(tái)消防排煙風(fēng)機(jī)或正壓送風(fēng)機(jī)的現(xiàn)場(chǎng)控制或兩地控制，過載保護(hù)只報(bào)警，風(fēng)口（或風(fēng)閥）上的微動(dòng)開關(guān)直接與風(fēng)機(jī)聯(lián)動(dòng)，消防聯(lián)動(dòng)模塊提供無源動(dòng)合觸點(diǎn)，當(dāng)消防系統(tǒng)提供有源觸點(diǎn)時(shí)，取消變壓器T。只有現(xiàn)場(chǎng)控制時(shí)，取消SS1'、SF1'、S、HG'并將X1:5與X1:6短接，X1:6與X1:7斷開，X1:7與X1:8短接,X1:10與X1：11斷開。圖中CPS包含線圈、過載保護(hù)觸點(diǎn)，動(dòng)合觸點(diǎn)、動(dòng)斷觸點(diǎn)。用于正壓送風(fēng)機(jī)控制時(shí)，將X1:8與X1:9短接。

圖4是排煙風(fēng)機(jī)和正壓送風(fēng)機(jī)另一個(gè)控制方案，適合于交流380V單臺(tái)消防排煙風(fēng)機(jī)或正壓送風(fēng)機(jī)的現(xiàn)場(chǎng)控制或兩地控制，控制電源為交流220V，過載只報(bào)警不作用于斷電，風(fēng)口（或風(fēng)閥）上的微動(dòng)開關(guān)直接與風(fēng)機(jī)聯(lián)動(dòng)，消防聯(lián)動(dòng)模塊提供無源動(dòng)合觸點(diǎn)，當(dāng)消防系統(tǒng)提供有源觸點(diǎn)時(shí)，取消變壓器T。只有控制箱上控制時(shí)，取消SS1'、SF1'、S、HG1'。圖中CPS包含線圈、過載保護(hù)觸點(diǎn)、動(dòng)合觸點(diǎn)、動(dòng)斷觸點(diǎn)?？刂破?/span>EMC是風(fēng)機(jī)專用控制模塊，其面板上有風(fēng)機(jī)的啟停控制及相關(guān)信號(hào)，詳見《常用電機(jī)控制電路圖》10D303-2相關(guān)頁(yè)碼。當(dāng)本圖用于正壓送風(fēng)機(jī)控制時(shí)，將X1:11與X1:12短接。

3.2.2 CPS在電動(dòng)機(jī)可逆控制中的應(yīng)用

圖5和圖6分別為CPS組成的電動(dòng)機(jī)可逆控制的主回路和二次原理圖，CPS1、CPS2分別控制電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)的線圈，集成在CPS內(nèi)，類似分立元件構(gòu)成電動(dòng)機(jī)主回路中的接觸器，CPS本身具有機(jī)械聯(lián)鎖功能，正反轉(zhuǎn)的動(dòng)斷觸點(diǎn)分別串聯(lián)在對(duì)方的線圈回路，形成電氣聯(lián)鎖。本方案還具有BA自動(dòng)控制功能。

圖 4  排煙風(fēng)機(jī)、正壓送風(fēng)機(jī)控制圖2

圖5 電動(dòng)機(jī)可逆控制主回路

圖6 電動(dòng)機(jī)可逆控制原理圖

3 總結(jié)

綜上所述，CPS在電動(dòng)機(jī)保護(hù)與控制方面的應(yīng)用可以小結(jié)如下：

1）CPS固化了電動(dòng)機(jī)保護(hù)配合，可靠性、實(shí)用性、靈活性大大提高，電動(dòng)機(jī)的保護(hù)與控制水平比分立元件有大幅度提升。

2）CPS在消防類電動(dòng)機(jī)保護(hù)與控制方面有成熟的控制方案，經(jīng)多年的工程實(shí)踐驗(yàn)證，控制方案、產(chǎn)品質(zhì)量均能滿足消防類電動(dòng)機(jī)的控制與保護(hù)的需要。

3）電動(dòng)機(jī)可逆控制技術(shù)成熟，工程實(shí)際驗(yàn)證效果良好，可以滿足工程需要。

4）CPS有其局限性，現(xiàn)在只有中小容量的產(chǎn)品，尚無法取代分立元件。