筆者是CPS技術(shù)和應用的倡導者和推動(dòng)者！

  早在1992年，國際電工委員會(huì )頒布了IEC 60947-6-2:1992標準文件，規定了“控制與保護開(kāi)關(guān)電器”相關(guān)要求，開(kāi)創(chuàng )了電動(dòng)機保護與控制的新紀元。CPS是英文Control and Protective Switching Device的縮寫(xiě)，對電動(dòng)機保護而言是革命性的，它成功的解決了過(guò)去一直沒(méi)有解決好的電動(dòng)機保護配合問(wèn)題。我國于1998年在IEC標準的基礎上制定了我國第一部國家標準GB 14048.9-1998，從此CPS逐漸為行業(yè)內從業(yè)人員所認識、接受，并逐漸推廣和應用。令人欣慰的是，我國自主研發(fā)的CPS達到了世界同類(lèi)產(chǎn)品的先進(jìn)水平，部分指標優(yōu)于國外產(chǎn)品，生產(chǎn)廠(chǎng)家多達數十家，并培育出了常熟、中凱、遠泰、泰永等骨干企業(yè)，產(chǎn)品特點(diǎn)鮮明，質(zhì)量穩定、可靠，額定電流高達225A，可滿(mǎn)足95kW及以下交流電動(dòng)機直接啟動(dòng)的需求，帶動(dòng)我國CPS產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。經(jīng)過(guò)北京奧運場(chǎng)館、上海世博會(huì )等重大工程的應用驗證，國產(chǎn)的CPS性能穩定，可靠性高，是值得信賴(lài)的低壓電器。

1 電動(dòng)機保護配合的原則

電動(dòng)機保護配合較多，歸納起來(lái)主要有如下三個(gè)原則：

  第一，保護器件的配合

  如圖1a所示，傳統的電動(dòng)機主回路由多個(gè)元器件組成。短路保護由短路保護電器完成，通常采用斷路器或熔斷器；過(guò)載保護由過(guò)載保護電器實(shí)現，通常采用熱繼電器。無(wú)論是過(guò)載還是短路，都會(huì )產(chǎn)生較大的故障電流，在保護電器動(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。

圖 1   電動(dòng)機主回路

因此，電動(dòng)機的保護需要配合嚴密，不留死角，否則會(huì )造成設備或器件損壞。電動(dòng)機保護的配合可以用圖2直觀(guān)的表示。圖中1是熱繼電器曲線(xiàn)，用于過(guò)載保護；2是電磁脫扣器曲線(xiàn)，用于短路保護；3和4分別是熱繼電器耐熱極限曲線(xiàn)和SCPD耐熱極限；Ij為熱繼電器脫扣曲線(xiàn)與SCPD電磁脫扣曲線(xiàn)的交點(diǎn)，由熱繼電器廠(chǎng)家提供。理想的保護配合和分工如表1所示，這樣短路保護電器和過(guò)載保護電器分工明確，各司其職。

                        表1   保護器件的保護分工

   控制電器（如圖1中的接觸器）的額定限制短路電流不應小于安裝處的預期短路電流。額定限制短路電流是接觸器、PC級的ATSE等產(chǎn)品中非常重要的技術(shù)參數，他們本身沒(méi)有短路保護能力，需要斷路器、熔斷器等短路保護電器與之配合，國標GB 14048相關(guān)標準對額定限制短路電流有如下定義：在有關(guān)產(chǎn)品標準規定的試驗條件下，用制造廠(chǎng)指定的短路保護電器進(jìn)行保護的電器，在短路保護電器動(dòng)作時(shí)間內能夠良好地承受的預期短路電流值。通俗地說(shuō)，當發(fā)生短路時(shí)，在短路保護電器切斷故障回路之前，接觸器等控制電器應能承受如此之大的故障電流，滿(mǎn)足電動(dòng)機保護配合要求。

  第二，電動(dòng)機主回路中的控制電器也參與到保護配合中

  第三，保護配合的類(lèi)型

《民用建筑電氣設計規范》JGJ16-2008第9.2.4條第4款第1項指出，電動(dòng)機保護配合分為1類(lèi)和2類(lèi)配合，詳細描述和特點(diǎn)見(jiàn)表2所示。顯然，2類(lèi)配合強調供電的可靠性和連續性，適用于重要負荷（如消防類(lèi)負荷）。

表2  1類(lèi)配合和2類(lèi)配合

2  CPS的特點(diǎn)

如前所述，傳統的電動(dòng)機主回路有隔離電器、短路保護電器SCPD、控制電器、過(guò)載保護電器及附屬電器等組成，與傳統的分立元件相比，CPS（如圖1b所示）的優(yōu)勢非常顯著(zhù)，主要特點(diǎn)如下：

2.1 CPS保護配合嚴密

CPS保護配合分工明確，不留死角，配合嚴密，完全符合上文所述電動(dòng)機保護配合的要求，滿(mǎn)足《民用建筑電氣設計規范》JGJ 16-2008相關(guān)條款的規定。

2.2 主回路簡(jiǎn)潔

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

2.3 保護齊全

CPS具有多種保護功能，例如相間短路保護、接地故障保護、過(guò)載保護、斷相保護等，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，節省空間。

2.4 控制多樣

CPS可以進(jìn)行電動(dòng)機全壓?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。

    當然，目前CPS尚不能做到電動(dòng)機控制與保護的全覆蓋，最大額定電流只有225A，只能應用于中小容量的電動(dòng)機。

3  CPS在民用建筑中的應用

3.1 應用依據

  《民用建筑電氣設計規范》JGJ 16-2008第9.2.6條第1款第1）項規定，控制與保護開(kāi)關(guān)電器（CPS）宜用于頻繁操作及不頻繁操作的電動(dòng)機回路。規范條文有如下含義：

a）規范里所述的電動(dòng)機回路是指電動(dòng)機主回路，CPS可以代替隔離電器、短路保護電器、控制電器、過(guò)載保護電器等，簡(jiǎn)化了電動(dòng)機主回路，可靠性得以提高；

b）規范沒(méi)有對CPS的應用場(chǎng)所、負荷類(lèi)型等方面做進(jìn)一步的要求，也就是說(shuō)，規范沒(méi)有限制CPS在各種類(lèi)型的民用建筑、各類(lèi)負荷中的應用；

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

3.2 應用場(chǎng)所及舉例

  常用的風(fēng)機、水泵控制詳見(jiàn)國標圖集《常用電機控制電路圖》16D303-2~3相關(guān)章節，本文重點(diǎn)介紹該標準圖中沒(méi)有涉及到的應用，供讀者參考。

3.2.1 CPS在排煙風(fēng)機和正壓送風(fēng)機中的應用

   由于消防負荷的特殊性和重要性，加之CPS是新技術(shù)、新產(chǎn)品，根據專(zhuān)家審查的意見(jiàn)，10D303-2~3暫沒(méi)在消防類(lèi)的設備中使用CPS，待經(jīng)過(guò)實(shí)踐驗證后再進(jìn)行補充。又經(jīng)過(guò)多年的驗證和工程實(shí)踐，在16D303-2~3，CPS得到廣泛的應用。

   圖3是排煙風(fēng)機和正壓送風(fēng)機控制圖，其主回路參見(jiàn)圖1b，為CPS方案，適合于交流380V單臺消防排煙風(fēng)機或正壓送風(fēng)機的現場(chǎng)控制或兩地控制，過(guò)載保護只報警，風(fēng)口（或風(fēng)閥）上的微動(dòng)開(kāi)關(guān)直接與風(fēng)機聯(lián)動(dòng)，消防聯(lián)動(dòng)模塊提供無(wú)源動(dòng)合觸點(diǎn)，當消防系統提供有源觸點(diǎn)時(shí)，取消變壓器T。只有現場(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(kāi)，X1:7與X1:8短接,X1:10與X1：11斷開(kāi)。圖中CPS包含線(xiàn)圈、過(guò)載保護觸點(diǎn)，動(dòng)合觸點(diǎn)、動(dòng)斷觸點(diǎn)。用于正壓送風(fēng)機控制時(shí)，將X1:8與X1:9短接。

   圖4是排煙風(fēng)機和正壓送風(fēng)機另一個(gè)控制方案，適合于交流380V單臺消防排煙風(fēng)機或正壓送風(fēng)機的現場(chǎng)控制或兩地控制，控制電源為交流220V，過(guò)載只報警不作用于斷電，風(fēng)口（或風(fēng)閥）上的微動(dòng)開(kāi)關(guān)直接與風(fēng)機聯(lián)動(dòng)，消防聯(lián)動(dòng)模塊提供無(wú)源動(dòng)合觸點(diǎn)，當消防系統提供有源觸點(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(xiàn)圈、過(guò)載保護觸點(diǎn)、動(dòng)合觸點(diǎn)、動(dòng)斷觸點(diǎn)�？刂破�EMC是風(fēng)機專(zhuān)用控制模塊，其面板上有風(fēng)機的啟�？刂萍跋嚓P(guān)信號，詳見(jiàn)《常用電機控制電路圖》10D303-2相關(guān)頁(yè)碼。當本圖用于正壓送風(fēng)機控制時(shí)，將X1:11與X1:12短接。

3.2.2 CPS在電動(dòng)機可逆控制中的應用

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

3 總結

綜上所述，CPS在電動(dòng)機保護與控制方面的應用可以小結如下：

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

   2）CPS在消防類(lèi)電動(dòng)機保護與控制方面有成熟的控制方案，經(jīng)多年的工程實(shí)踐驗證，控制方案、產(chǎn)品質(zhì)量均能滿(mǎn)足消防類(lèi)電動(dòng)機的控制與保護的需要。

   3）電動(dòng)機可逆控制技術(shù)成熟，工程實(shí)際驗證效果良好，可以滿(mǎn)足工程需要。

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