该文发表在《智能建筑电气技术》2015年第9卷第5期上。

笔者是CPS技术和应用的倡导者和推动者！

早在1992年，国际电工委员会颁布了IEC 60947-6-2:1992标准文件，规定了“控制与保护开关电器”相关要求，开创了电动机保护与控制的新纪元。CPS是英文Control and Protective Switching Device的缩写，对电动机保护而言是革命性的，它成功的解决了过去一直没有解决好的电动机保护配合问题。我国于1998年在IEC标准的基础上制定了我国第一部国家标准GB 14048.9-1998，从此CPS逐渐为行业内从业人员所认识、接受，并逐渐推广和应用。令人欣慰的是，我国自主研发的CPS达到了世界同类产品的先进水平，部分指标优于国外产品，生产厂家多达数十家，并培育出了常熟、中凯、远泰、泰永等骨干企业，产品特点鲜明，质量稳定、可靠，额定电流高达225A，可满足95kW及以下交流电动机直接启动的需求，带动我国CPS产业的发展。经过北京奥运场馆、上海世博会等重大工程的应用验证，国产的CPS性能稳定，可靠性高，是值得信赖的低压电器。

1 电动机保护配合的原则

电动机保护配合较多，归纳起来主要有如下三个原则：

第一，保护器件的配合

如图1a所示，传统的电动机主回路由多个元器件组成。短路保护由短路保护电器完成，通常采用断路器或熔断器；过载保护由过载保护电器实现，通常采用热继电器。无论是过载还是短路，都会产生较大的故障电流，在保护电器动作之前要求控制电器（通常采用接触器）有足够的能力承受这么大的故障电流。

因此，电动机的保护需要配合严密，不留死角，否则会造成设备或器件损坏。电动机保护的配合可以用图2直观的表示。图中1是热继电器曲线，用于过载保护；2是电磁脱扣器曲线，用于短路保护；3和4分别是热继电器耐热极限曲线和SCPD耐热极限；Ij为热继电器脱扣曲线与SCPD电磁脱扣曲线的交点，由热继电器厂家提供。理想的保护配合和分工如表1所示，这样短路保护电器和过载保护电器分工明确，各司其职。

图2  电动机保护配合曲线

表1   保护器件的保护分工

第三，保护配合的类型

《民用建筑电气设计规范》JGJ16-2008第9.2.4条第4款第1项指出，电动机保护配合分为1类和2类配合，详细描述和特点见表2所示。显然，2类配合强调供电的可靠性和连续性，适用于重要负荷（如消防类负荷）。

表2  1类配合和2类配合

2  CPS的特点

如前所述，传统的电动机主回路有隔离电器、短路保护电器SCPD、控制电器、过载保护电器及附属电器等组成，与传统的分立元件相比，CPS（如图1b所示）的优势非常显著，主要特点如下：

2.1 CPS保护配合严密

CPS保护配合分工明确，不留死角，配合严密，完全符合上文所述电动机保护配合的要求，满足《民用建筑电气设计规范》JGJ 16-2008相关条款的规定。

2.2 主回路简洁

图1b所示，CPS构成的电动机全压启动电路非常简单，一个器件构成一个回路。CPS集成了电动机的保护电器、控制电器、隔离电器等功能。

2.3 保护齐全

CPS具有多种保护功能，例如相间短路保护、接地故障保护、过载保护、断相保护等，同时其体积比分立元件的要小很多，控制箱体积可以大大减小，节省空间。

2.4 控制多样

CPS可以进行电动机全压启动、星三角降压启动、单向控制、可逆控制、双电源（ATSE）控制等多种控制，控制非常灵活。

    当然，目前CPS尚不能做到电动机控制与保护的全覆盖，最大额定电流只有225A，只能应用于中小容量的电动机。

3  CPS在民用建筑中的应用

3.1 应用依据

《民用建筑电气设计规范》JGJ 16-2008第9.2.6条第1款第1）项规定，控制与保护开关电器（CPS）宜用于频繁操作及不频繁操作的电动机回路。规范条文有如下含义：

a）规范里所述的电动机回路是指电动机主回路，CPS可以代替隔离电器、短路保护电器、控制电器、过载保护电器等，简化了电动机主回路，可靠性得以提高；

b）规范没有对CPS的应用场所、负荷类型等方面做进一步的要求，也就是说，规范没有限制CPS在各种类型的民用建筑、各类负荷中的应用；

c）没有限定电动机操作的频次。民用建筑中新风机组、空调机组、送风机等属于频繁操作的电动机，而排烟风机、消火栓泵等属于不频繁操作的电动机。

  3.2 应用场所及举例

常用的风机、水泵控制详见国标图集《常用电机控制电路图》16D303-2~3相关章节，本文重点介绍该标准图中没有涉及到的应用，供读者参考。

3.2.1 CPS在排烟风机和正压送风机中的应用

    由于消防负荷的特殊性和重要性，加之CPS是新技术、新产品，根据专家审查的意见，10D303-2~3暂没在消防类的设备中使用CPS，待经过实践验证后再进行补充。又经过多年的验证和工程实践，在16D303-2~3，CPS得到广泛的应用。

图 3  排烟风机、正压送风机控制图1

图3是排烟风机和正压送风机控制图，其主回路参见图1b，为CPS方案，适合于交流380V单台消防排烟风机或正压送风机的现场控制或两地控制，过载保护只报警，风口（或风阀）上的微动开关直接与风机联动，消防联动模块提供无源动合触点，当消防系统提供有源触点时，取消变压器T。只有现场控制时，取消SS1'、SF1'、S、HG'并将X1:5与X1:6短接，X1:6与X1:7断开，X1:7与X1:8短接,X1:10与X1：11断开。图中CPS包含线圈、过载保护触点，动合触点、动断触点。用于正压送风机控制时，将X1:8与X1:9短接。

图4是排烟风机和正压送风机另一个控制方案，适合于交流380V单台消防排烟风机或正压送风机的现场控制或两地控制，控制电源为交流220V，过载只报警不作用于断电，风口（或风阀）上的微动开关直接与风机联动，消防联动模块提供无源动合触点，当消防系统提供有源触点时，取消变压器T。只有控制箱上控制时，取消SS1'、SF1'、S、HG1'。图中CPS包含线圈、过载保护触点、动合触点、动断触点。控制器EMC是风机专用控制模块，其面板上有风机的启停控制及相关信号，详见《常用电机控制电路图》10D303-2相关页码。当本图用于正压送风机控制时，将X1:11与X1:12短接。

3.2.2 CPS在电动机可逆控制中的应用

图5和图6分别为CPS组成的电动机可逆控制的主回路和二次原理图，CPS1、CPS2分别控制电动机正转和反转的线圈，集成在CPS内，类似分立元件构成电动机主回路中的接触器，CPS本身具有机械联锁功能，正反转的动断触点分别串联在对方的线圈回路，形成电气联锁。本方案还具有BA自动控制功能。

图 4  排烟风机、正压送风机控制图2

图5 电动机可逆控制主回路

图6 电动机可逆控制原理图

3 总结

综上所述，CPS在电动机保护与控制方面的应用可以小结如下：

1）CPS固化了电动机保护配合，可靠性、实用性、灵活性大大提高，电动机的保护与控制水平比分立元件有大幅度提升。

2）CPS在消防类电动机保护与控制方面有成熟的控制方案，经多年的工程实践验证，控制方案、产品质量均能满足消防类电动机的控制与保护的需要。

3）电动机可逆控制技术成熟，工程实际验证效果良好，可以满足工程需要。

4）CPS有其局限性，现在只有中小容量的产品，尚无法取代分立元件。