一種例行實驗室水冷卻系統(tǒng)水泵電氣控制設(shè)計

李成

摘要：當(dāng)下國內(nèi)經(jīng)濟技術(shù)高速發(fā)展，民用及軍用裝備要求越來越高，推進了大型例行實驗室的發(fā)展和技術(shù)進步。大型例行實驗室的大型機組（壓縮機、冷凝器）等冷卻系統(tǒng)的電氣控制最為關(guān)鍵，其直接影響到整個例行實驗室的正常穩(wěn)定工作。

關(guān)鍵詞：例行實驗室?水泵?星-三角

引言

隨著國民經(jīng)濟發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的進步，航空航天產(chǎn)品及信息電子產(chǎn)品等在高低溫或濕熱環(huán)境下性能指標(biāo)的穩(wěn)定性尤為重要，考驗其環(huán)境性能的例行實驗室的設(shè)計應(yīng)特別重視，特別是大型步入式例行實驗室。

步入式例行實驗室即步入式高低溫交變濕熱試驗房的大型機組（壓縮機、冷凝器等）冷卻系統(tǒng)一般都采用循環(huán)水冷卻系統(tǒng)，這樣既經(jīng)濟又環(huán)保。機組運行的保護系統(tǒng)采集水循環(huán)系統(tǒng)參數(shù)，如果水循環(huán)故障將直接導(dǎo)致機組緊急停機，從而導(dǎo)致試驗停止甚至試驗要重新做，可能造成試驗產(chǎn)品的損壞及資源的浪費。因此實驗室機組要求水循環(huán)系統(tǒng)要連續(xù)不間斷運行，且要始終保持一定的流量、流速及壓力等。

鑒于水冷卻系統(tǒng)對于機組運行的重要性，且在水冷系統(tǒng)中供水水泵是重中之重，一般采用一用一備的方式，即一套水循環(huán)系統(tǒng)兩臺水泵，同時兩臺水泵能隨時切換，切換時水循環(huán)系統(tǒng)運行能保持穩(wěn)定。

水泵采用自吸式水泵，安裝時蓄水池的高度高于水泵，水泵無需加引水。水泵電機的參數(shù)是三相異步電動機，額定電壓380伏，50Hz電源，功率為15千瓦，四極，轉(zhuǎn)速為1450轉(zhuǎn)/分鐘，額定電流為30A，防水等級IP-54。

根據(jù)機組冷卻量的要求，流量100立方米/小時，揚程32米

電機功率：P=ρgQH/=1000×9.8×0.028×32/（0.76×0.8×1000）=14.44（KW）?（1）

電機功率選用15KW

P——功率，千瓦

ρ——液體比重，水 1000kg/m3

g——重力加速度，9.8kg/S2

Q——流量，m3/s

H——揚程，米

——電機效率，0.76

——水泵效率，0.8

電機的電源通過三相40A交流接觸器與機組電源系統(tǒng)連接，此接觸器采用直流24伏控制線圈，由機組控制系統(tǒng)進行控制，可實現(xiàn)遠程開、關(guān)水循環(huán)系統(tǒng)及故障自動停機。

線路電流計算：

電動機實際運行必須是三角形運行才能達到額定值，額定電流實際是線電流（I 線）。

根據(jù)水泵電機的工作特點選用正泰電器DZ47-60（D）/3P 60A型微斷空氣開關(guān)。

主進線電纜按照電動機滿載運行，即按照30A選擇，電纜規(guī)格選為3×16mm2+2×10 mm2。

從交流接觸器至電機的電源線流過的電流是電動機的相電流，按照17.32A選擇，因此選用BV10 mm2的電線。

電機或感性負載通電的瞬間，即電機的轉(zhuǎn)速為零時，這時的電流值是他的堵轉(zhuǎn)電流值，達到運行平穩(wěn)的短暫時間內(nèi)的電流變化，一般是額定電流的4～7倍，按照規(guī)定，單臺容量超過10千瓦時，應(yīng)加裝減壓啟動設(shè)備，為了線路的運行安全及其他電氣設(shè)備的正常運行，大功率的電機必須加裝啟動設(shè)備，以降低啟動電流。

水泵屬于二次方轉(zhuǎn)矩負載，本系統(tǒng)水泵電機啟動采用星-三角啟動，利用電機繞組星型啟動的電流小，三角形運行時負載率高的特點，可以有效降低啟動電流有效地避免啟動時瞬時大電流對供電線路的沖擊。

電機主控制回路（如圖1所示），電動機用交流接觸器根據(jù)電動機使用情況及電動機類別可分別選用AC2～4，風(fēng)機及水泵電機等啟動電流是額定電流的4～7倍，分段電流為額定電流，選用AC-3，通過查表法及選用曲線法，根據(jù)樣本及手冊選用，觸點容量大于額定容量1.25倍（即30×1.25=37.5A，查表選用40A）。CJT1-40交流接觸器控制功率為380V時20KW，額定限制短路電流50kA，輔助觸點2常開、2常閉，滿足本系統(tǒng)控制需要。主繼電器C1（CJT1-4011），線圈控制電壓為220V;繼電器C△（三角運行交流接觸器CJT1-4011），線圈控制電壓為220V;CY（三角形運行交流接觸器CJT1-2511），線圈控制電壓為220V;在主回路中串入熱保護繼電器（正泰NR2-40 ），整定電流設(shè)定值為36A（按照電機的額定電流1.2），當(dāng)水泵出現(xiàn)堵轉(zhuǎn)或過載、電源缺相及三相電源不平衡、電機過熱等情況時，能夠及時有效地自動關(guān)閉電機電源，避免電機損壞、燒毀等情況的發(fā)生。

機組啟動后24V交流接觸器閉合，將LW（泵1、泵2轉(zhuǎn)換開關(guān)）轉(zhuǎn)到泵1工作位置，泵2處于停止?fàn)顟B(tài)（C2常閉點），熱繼電器輔助常開接點處于斷開位置，泵1主交流接觸器工作，泵1運行燈（綠燈）亮，泵1主交流接觸器工作，觸電閉合，星型交流接觸器工作（電機繞組星型運行），同時時間繼電器工作，開始計時12S后，時間繼電器延時斷開觸點斷開，星型交流接觸器斷開，三角形交流接觸器閉合（電機繞組三角形運行），至此電機啟動階段結(jié)束。在啟動過程中，電機星型和三角形切換時，利用C△和CY交流接觸器的輔助常閉觸點實現(xiàn)電氣互鎖，避免交流接觸器出現(xiàn)誤動作，產(chǎn)生電源短路情況。當(dāng)水泵電機在運行過程中出現(xiàn)故障時，電機的工作電流升高，超過熱繼電器設(shè)定值，熱繼電器動作，輔助常開點閉合，Q1中間繼電器工作，斷開泵1主交流接觸器控制電源，泵1停止運行，并向機組發(fā)出報警信號。

泵1和泵2切換，通過切換開關(guān)LW，轉(zhuǎn)到相應(yīng)位置時，相應(yīng)的泵按照星型啟動—三角形運行的模式運行。利用泵1、泵2主交流接觸器輔助常閉觸點實現(xiàn)電氣互鎖，避免兩臺泵同時工作，造成管道壓力過大而損壞。在水泵運行中如發(fā)生問題，實驗人員可就近按下緊急停止按鈕（TA），使水泵停止工作。

水泵電機長期運行時，電機發(fā)熱量大，對電機的損害較大，需在電機機殼上安裝溫度檢測，當(dāng)溫度超過50度時，需切換水泵運行，這樣能夠保持機組的連續(xù)不間斷運行。循環(huán)管道內(nèi)安裝流量計和壓力檢測單元，檢測信號反饋至機組控制系統(tǒng)，從而保護電機，避免水泵缺水運行。

結(jié)束語

水泵電氣控制系統(tǒng)，已在公司大型步入式例行實驗室中成功運行十余年，有力保障了例行實驗室的正常工作，其水泵電氣控制設(shè)計是合理可行的。

參考文獻

[1]徐建俊，電機與電氣控制，清華大學(xué)出版社，2004.

[2]王曉敏、衛(wèi)書滿，電機拖動與控制，電子工業(yè)出版社，2016.

[3]魏立明，電機拖動基礎(chǔ)與仿真，北京理工大學(xué)出版社，2017.