筆者是CPS技術(shù)和應(yīng)用的倡導者和推動者！

  早在1992年，國際電工委員會頒布了IEC 60947-6-2:1992標準文件，規(guī)定了“控制與保護開關(guān)電器”相關(guān)要求，開創(chuàng)了電動機保護與控制的新紀元。CPS是英文Control and Protective Switching Device的縮寫，對電動機保護而言是革命性的，它成功的解決了過去一直沒有解決好的電動機保護配合問題。我國于1998年在IEC標準的基礎(chǔ)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(nèi)從業(yè)人員所認識、接受，并逐漸推廣和應(yīng)用。令人欣慰的是，我國自主研發(fā)的CPS達到了世界同類產(chǎn)品的先進水平，部分指標優(yōu)于國外產(chǎn)品，生產(chǎn)廠家多達數(shù)十家，并培育出了常熟、中凱、遠泰、泰永等骨干企業(yè)，產(chǎn)品特點鮮明，質(zhì)量穩(wěn)定、可靠，額定電流高達225A，可滿足95kW及以下交流電動機直接啟動的需求，帶動我國CPS產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。經(jīng)過北京奧運場館、上海世博會等重大工程的應(yīng)用驗證，國產(chǎn)的CPS性能穩(wěn)定，可靠性高，是值得信賴的低壓電器。

1 電動機保護配合的原則

電動機保護配合較多，歸納起來主要有如下三個原則：

  第一，保護器件的配合

  如圖1a所示，傳統(tǒng)的電動機主回路由多個元器件組成。短路保護由短路保護電器完成，通常采用斷路器或熔斷器；過載保護由過載保護電器實現(xiàn)，通常采用熱繼電器。無論是過載還是短路，都會產(chǎn)生較大的故障電流，在保護電器動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   電動機主回路

因此，電動機的保護需要配合嚴密，不留死角，否則會造成設(shè)備或器件損壞。電動機保護的配合可以用圖2直觀的表示。圖中1是熱繼電器曲線，用于過載保護；2是電磁脫扣器曲線，用于短路保護；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，由熱繼電器廠家提供。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(yīng)小于安裝處的預(yù)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(shù)，他們本身沒有短路保護能力，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(guī)定的試驗條件下，用制造廠指定的短路保護電器進行保護的電器，在短路保護電器動作時間內(nèi)能夠良好地承受的預(yù)期短路電流值。通俗地說，當發(fā)生短路時，在短路保護電器切斷故障回路之前，接觸器等控制電器應(yīng)能承受如此之大的故障電流，滿足電動機保護配合要求。

  第二，電動機主回路中的控制電器也參與到保護配合中

  第三，保護配合的類型

《民用建筑電氣設(shè)計規(guī)范》JGJ16-2008第9.2.4條第4款第1項指出，電動機保護配合分為1類和2類配合，詳細描述和特點見表2所示。顯然，2類配合強調(diào)供電的可靠性和連續(xù)性，適用于重要負荷（如消防類負荷）。

表2  1類配合和2類配合

2  CPS的特點

如前所述，傳統(tǒng)的電動機主回路有隔離電器、短路保護電器SCPD、控制電器、過載保護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)勢非常顯著，主要特點如下：

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機保護配合的要求，滿足《民用建筑電氣設(shè)計規(guī)范》JGJ 16-2008相關(guān)條款的規(guī)定。

2.2 主回路簡潔

圖1b所示，CPS構(gòu)成的電動機全壓啟動電路非常簡單，一個器件構(gòu)成一個回路。CPS集成了電動機的保護電器、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、過載保護、斷相保護等，同時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可以進行電動機全壓啟動、星三角降壓啟動、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尚不能做到電動機控制與保護的全覆蓋，最大額定電流只有225A，只能應(yīng)用于中小容量的電動機。

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)計規(guī)范》JGJ 16-2008第9.2.6條第1款第1）項規(guī)定，控制與保護開關(guān)電器（CPS）宜用于頻繁操作及不頻繁操作的電動機回路。規(guī)范條文有如下含義：

a）規(guī)范里所述的電動機回路是指電動機主回路，CPS可以代替隔離電器、短路保護電器、控制電器、過載保護電器等，簡化了電動機主回路，可靠性得以提高；

b）規(guī)范沒有對CPS的應(yīng)用場所、負荷類型等方面做進一步的要求，也就是說，規(guī)范沒有限制CPS在各種類型的民用建筑、各類負荷中的應(yīng)用；

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

3.2 應(yīng)用場所及舉例

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

3.2.1 CPS在排煙風機和正壓送風機中的應(yīng)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(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)過實踐驗證后再進行補充。又經(jīng)過多年的驗證和工程實踐，在16D303-2~3，CPS得到廣泛的應(yīng)用。

   圖3是排煙風機和正壓送風機控制圖，其主回路參見圖1b，為CPS方案，適合于交流380V單臺消防排煙風機或正壓送風機的現(xiàn)場控制或兩地控制，過載保護只報警，風口（或風閥）上的微動開關(guān)直接與風機聯(lián)動，消防聯(lián)動模塊提供無源動合觸點，當消防系統(tǒng)提供有源觸點時，取消變壓器T。只有現(xiàn)場控制時，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、過載保護觸點，動合觸點、動斷觸點。用于正壓送風機控制時，將X1:8與X1:9短接。

   圖4是排煙風機和正壓送風機另一個控制方案，適合于交流380V單臺消防排煙風機或正壓送風機的現(xiàn)場控制或兩地控制，控制電源為交流220V，過載只報警不作用于斷電，風口（或風閥）上的微動開關(guān)直接與風機聯(lián)動，消防聯(lián)動模塊提供無源動合觸點，當消防系統(tǒng)提供有源觸點時，取消變壓器T。只有控制箱上控制時，取消SS1'、SF1'、S、HG1'。圖中CPS包含線圈、過載保護觸點、動合觸點、動斷觸點?？刂破?/span>EMC是風機專用控制模塊，其面板上有風機的啟?？刂萍跋嚓P(guān)信號，詳見《常用電機控制電路圖》10D303-2相關(guān)頁碼。當本圖用于正壓送風機控制時，將X1:11與X1:12短接。

3.2.2 CPS在電動機可逆控制中的應(yīng)用

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

3 總結(jié)

綜上所述，CPS在電動機保護與控制方面的應(yīng)用可以小結(jié)如下：

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

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

   3）電動機可逆控制技術(shù)成熟，工程實際驗證效果良好，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。