兩臺風機共用一套自耦降壓起動裝置方案淺談

摘要 高速公路隧道內風機起動控制部分采用自耦降壓起動裝置，該套裝置只在風機起動時使用，每次起動時間為16～18 s，利用率較低。為提高起動裝置的利用率，降低建設成本，該文對兩臺風機共用一套自耦降壓起動裝置方案進行研究，旨在通過優化第一風機和第二風機協同控制電路相連，起動控制電路與第一風機和第二風機之間的保護電路。該方案設計有利于確保風機共用一套起動控制電路，實現既不影響事故應急通風排煙使用，又可節省1/2的隧道風機啟動裝置投資的目的，此外根據各隧道實際情況也可采用多臺風機共用一套起動裝置的設計。

關鍵詞 高速公路；隧道風機；自耦降壓起動

中圖分類號 U453 文獻標識碼 A 文章編號 2096-8949（2024）18-0079-03

0 引言

隨著現代交通基礎設施的快速發展和社會車輛保有量的不斷增加，高速公路作為連接城市與地區的關鍵紐帶，其安全與通行效率受到社會各界的高度重視。隧道作為高速公路的重要組成部分，因其特殊的地理環境和使用特性，其通風系統的設計和運行尤為重要。風機作為隧道通風系統的核心設備，其控制方式的合理性和效率直接關系到隧道的運營安全和能源使用效率。其中，自耦降壓起動裝置以其起動平穩、對電網沖擊小、維護簡單等優點引入高速公路隧道風機控制中，不僅有助于解決傳統起動方式存在的問題，還能提高風機運行的平穩性和節能性，具有重要的現實意義和應用價值。

1 自耦式降壓起動裝置工作原理

1.1 自耦降壓起動條件

（1）電源電壓與電動機額定電壓相匹配：在使用自耦式降壓起動裝置時，需要確保電源電壓與風機電機的額定電壓相匹配，或者電源電壓略高于風機電機的額定電壓，這樣自耦變壓器引出的電壓才能有效地降低電機的啟動電壓，起到降壓調節的作用。

（2）環境條件：自耦式降壓起動裝置的使用環境也需要滿足一定的條件，例如環境溫度通常為?25℃～+60℃，相對濕度不高于95%，無導電粉塵、無腐蝕性氣體，通風良好等[1]。此外，海拔高度也是需要考慮的因素，一般設備的使用海拔應小于2 000 m，若高于此海拔，可能需要降低設備容量使用。

（3）控制電機的功率范圍：自耦式降壓起動裝置通常適用于一定功率范圍內的電機，例如15～300 kW的電機。超出此范圍的電機可能需要使用其他類型的起動裝置[2]。

1.2 自耦降壓啟動優點

（1）節能與電網穩定：自耦式降壓起動可以有效地降低電機的啟動電流，從而減少對電網的沖擊，有利于電網的穩定運行，同時由于啟動電流的降低，也減少了電能的損耗，具有節能效果。

（2）提高電機效率：自耦式降壓起動器能夠減少電動機的起動時間，提高電機的起動效率。在啟動過程中，由于電壓的逐步調整，電動機的運行更加平穩，從而提高了整個電動機系統的能源利用率。

（3）降低電機噪聲：自耦式降壓起動器在啟動過程中可以降低電機的起動電壓，使電機啟動更加平穩，從而減少振動和噪聲的產生[3]，這對于需要低噪聲運行的風機來說尤為重要。

（4）降低成本：與其他類型的起動裝置相比，自耦式降壓起動器的成本較低。其結構簡單，所需的元件數量較少，因此制造成本和維護成本都相對較低，更加經濟實用。

2 兩臺風機共用一套自耦降壓起動裝置設計

2.1 設計背景

自耦變壓器降壓啟動電動機因技術成熟、價格低、不產生諧波等優點在工礦企業等領域應用廣泛。自耦降壓法啟動電動機的傳統方法多為一臺自耦降壓啟動器啟動一臺電動機，當兩臺電動機不同時使用或一用一備工況工作時，如果一臺自耦降壓啟動器啟動一臺電動機，總有一臺自耦降壓啟動器處于閑置狀態，如果該工況電動機數量較多，就很不經濟，且設備占用空間大，因此在實際運行過程中，在不改變原有自耦降壓啟動器基礎上，增加電機選擇控制裝置，實現一臺自耦降壓啟動器啟動兩臺電動機，減少啟動設備數量和占用空間[4]。

2.2 工程概況

該設計方案提供了一種風機自耦降壓變壓器起動控制電路，包括：自耦變壓器、第一風機和第二風機，第一風機和第二風機與同一起動控制電路相連，起動控制電路與第一風機和第二風機之間設置有保護電路[5]。通過以上技術方案，兩臺風機可以共用一套起動控制電路，從而能夠節省1/2的隧道風機起動裝置的投資。

2.3 設計方案

（1）電路圖設計

（2）電路圖原理說明

該文實施例的一種風機自耦降壓變壓器起動控制電路的電路圖，如圖1所示。一種風機自耦降壓變壓器起動控制電路，包括：自耦變壓器T、第一風機M1和第二風機M2，第一風機M1和第二風機M2與同一起動控制電路相連，起動控制電路與第一風機M1和第二風機M2之間設置有保護電路[6]。

控制電路包括：接觸器KM、接觸器KM1、接觸器KM2、接觸器KM3和接觸器KM4，時間繼電器KT1和時間繼電器KT2，第一啟動按鈕SB2和第二啟動按鈕SB4，第一停止按鈕SB1和第二停止按鈕SB3，以及接觸器分別有主觸點及多個常開觸點和常閉觸點，時間繼電器有多個延時閉合觸點和延時斷開觸點，控制電路設有第一節點A、第二節點B、第三節點C和第四節點D。

接觸器KM1的第四常開觸點與接觸器KM3第四常開觸點并聯后與接觸器KM線圈組成串聯線路連接第一節點A和第二節點B；第一停止按鈕SB1、第一啟動按鈕SB2、時間繼電器KT1延時斷開觸點、接觸器KM2第一常閉觸點、接觸器KM3第一常閉觸點和接觸器KM1線圈組成串聯線路連接第一節點A和第二節點B；第二停止按鈕SB3、第二啟動按鈕SB4、時間繼電器KT2延時斷開觸點、接觸器KM4第一常閉觸點、接觸器KM1第三常閉觸點和接觸器KM3線圈組成串聯線路連接第一節點A和第二節點B；接觸器KM1第一常開觸點并聯在第一啟動按鈕SB2兩端，且接觸器KM1第一常開觸點與時間繼電器KT1線圈組成的串聯線路連接第三節點C和第二節點B；時間繼電器KT1延時閉合觸點和接觸器KM2第二常開觸點并聯后與接觸器KM1第二常閉觸點和接觸器KM2線圈組成串聯線路連接至第三節點C和第二節點B。

接觸器KM3第二常開觸點并聯在第二啟動按鈕SB4兩端，且接觸器KM3第二常開觸點與時間繼電器KT2線圈組成的串聯線路連接第四節點D和第二節點B；時間繼電器KT2延時閉合觸點和接觸器KM4第二常開觸點并聯，且接觸器KM4第二常開觸點、接觸器KM3第三常閉觸點和接觸器KM4線圈組成串聯線路連接至第四節點D和第二節點B。

自耦變壓器T一端連接接觸器KM主觸點，另一端分別連接接觸器KM1主觸點和接觸器KM3主觸點，第一風機M1分別連接接觸器KM1主觸點和接觸器KM2主觸點，第二風機M2分別連接接觸器KM3主觸點和接觸器KM4主觸點。

保護電路包括：熱繼電器FR1、熱繼電器FR2和熔斷器FU1、熔斷器FU2，熔斷器FU2一端連接第一節點A，另一端同時連接熱繼電器FR1一端、熱繼電器FR2一端、接觸器KM1第四常開觸點和接觸器KM3第四常開觸點，且熱繼電器FR1另一端連接第一停止按鈕SB1，熱繼電器FR2另一端連接第二停止按鈕SB3；熔斷器FU1的一端連接第二節點B，另一端同時連接接觸器KM1線圈、時間繼電器KT1線圈、接觸器KM2線圈、接觸器KM3線圈、時間繼電器KT2線圈、接觸器KM4線圈和接觸器KM線圈。

2.4 控制原理說明

為保證兩臺風機不同時起動，設置了連鎖電路，以起動第一風機為例，當需要起動第一風機M1時，按下第一啟動按鈕SB2，此時接觸器KM1線圈得電，接觸器KM1主觸點，第一風機M1與自耦變壓器T連接；接觸器KM1第一常開觸點、第四常開觸點閉合，此時接觸器KM線圈得電，接觸器KM主觸點閉合，自耦變壓器T接入電源，使得第一風機M1在自耦變壓器T輔助下進行降壓啟動[6]。

此外，當接觸器KM1線圈得電時，接觸器KM1第二常閉觸點、第三常閉觸點斷開，此時接觸器KM3線圈不得電，從而接觸器KM3主觸點不會閉合，第二風機M2無法與自耦變壓器T連接進行降壓啟動，避免第一風機M1與第二風機M2同時起動的情況。

當第一風機M1進行降壓起動時，由于此前接觸器KM1線圈已經得電，使得接觸器KM1第一常開觸點閉合，時間繼電器KT1線圈已經得電，從而時間繼電器KT1延時閉合觸點閉合以及時間繼電器KT1延時斷開觸點斷開；當時間繼電器KT1延時斷開觸點斷開時，接觸器KM1線圈失電，使得接觸器KM1主觸點復位，第一風機M1與自耦變壓器T之間的連接斷開；接觸器KM1第四常開觸點復位，接觸器KM線圈失電，接觸器KM主觸點復位，自耦變壓器T斷開與電源的連接。當時間繼電器KT1延時閉合觸點閉合時，接觸器KM2線圈得電，接觸器KM2主觸點閉合，第一風機M1與電源連接，第一風機M1全壓運行。由于接觸器KM2線圈得電，接觸器KM2第二常開觸點閉合，接觸器KM2實現自鎖；接觸器KM2第一常閉觸點斷開，從而避免接觸器KM1線圈再次得電，實現接觸器KM1線圈與接觸器KM2線圈的連鎖。

以上為第一風機M1的起動流程，當需要第一風機M1停機時，僅需要按下第一停止按鈕SB1即可。

3 結束語

綜上研究，該文提出了兩臺風機共用一套自耦降壓起動裝置的設計方案。第一風機M1和第二風機M2功率為11～75 kW，從而使用該起動控制電路除了能實現同時控制兩臺風機，還可以同時控制3、4臺或多臺風機。該方案不僅能夠有效地提高起動裝置的利用率，降低建設和運行成本，還能夠保證系統的穩定運行和安全性。通過并聯連接兩臺甚至更多臺風機，共享一套起動裝置，實現了起動過程的協調和控制，提高了系統的效率和可靠性。后續將進一步完善設計方案，實施方案，以期為交通管理系統的優化和升級提供更加可靠和高效的解決方案，為交通管理和安全保障作出更大的貢獻。

參考文獻

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[2]陳光勇，周逸凱.公路隧道通風風機啟動和控制方案淺談[J].中國交通信息化，2020（S1）：166-168.

[3]楊智平.高速公路隧道通風系統調試常見故障與維護[J].大眾標準化，2023（19）：77-79.

[4]劉澤西，王勇，謝新萍.一臺自耦變壓器起動兩臺電動機的方法[J].電工電氣，2010（11）：43-45.

[5]王永和.高速公路中特長隧道軸流風機的安裝以及控制探討[J].現代制造技術與裝備，2020（10）：121-122.

[6]中國航空規劃設計研究總院有限公司組.工業與民用供配電設計手冊[M].第4版.北京：中國電力出版社，2016.