一种例行实验室水冷却系统水泵电气控制设计

李成

摘要：当下国内经济技术高速发展，民用及军用装备要求越来越高，推进了大型例行实验室的发展和技术进步。大型例行实验室的大型机组（压缩机、冷凝器）等冷却系统的电气控制最为关键，其直接影响到整个例行实验室的正常稳定工作。

关键词：例行实验室 水泵 星-三角

引言

随着国民经济发展和科学技术的进步，航空航天产品及信息电子产品等在高低温或湿热环境下性能指标的稳定性尤为重要，考验其环境性能的例行实验室的设计应特别重视，特别是大型步入式例行实验室。

步入式例行实验室即步入式高低温交变湿热试验房的大型机组（压缩机、冷凝器等）冷却系统一般都采用循环水冷却系统，这样既经济又环保。机组运行的保护系统采集水循环系统参数，如果水循环故障将直接导致机组紧急停机，从而导致试验停止甚至试验要重新做，可能造成试验产品的损坏及资源的浪费。因此实验室机组要求水循环系统要连续不间断运行，且要始终保持一定的流量、流速及压力等。

鉴于水冷却系统对于机组运行的重要性，且在水冷系统中供水水泵是重中之重，一般采用一用一备的方式，即一套水循环系统两台水泵，同时两台水泵能随时切换，切换时水循环系统运行能保持稳定。

水泵采用自吸式水泵，安装时蓄水池的高度高于水泵，水泵无需加引水。水泵电机的参数是三相异步电动机，额定电压380伏，50Hz电源，功率为15千瓦，四极，转速为1450转/分钟，额定电流为30A，防水等级IP-54。

根据机组冷却量的要求，流量100立方米/小时，扬程32米

電机功率：P=ρgQH/=1000×9.8×0.028×32/（0.76×0.8×1000）=14.44（KW） （1）

电机功率选用15KW

P——功率，千瓦

ρ——液体比重，水 1000kg/m3

g——重力加速度，9.8kg/S2

Q——流量，m3/s

H——扬程，米

——电机效率，0.76

——水泵效率，0.8

电机的电源通过三相40A交流接触器与机组电源系统连接，此接触器采用直流24伏控制线圈，由机组控制系统进行控制，可实现远程开、关水循环系统及故障自动停机。

线路电流计算：

电动机实际运行必须是三角形运行才能达到额定值，额定电流实际是线电流（I 线）。

根据水泵电机的工作特点选用正泰电器DZ47-60（D）/3P 60A型微断空气开关。

主进线电缆按照电动机满载运行，即按照30A选择，电缆规格选为3×16mm2+2×10 mm2。

从交流接触器至电机的电源线流过的电流是电动机的相电流，按照17.32A选择，因此选用BV10 mm2的电线。

电机或感性负载通电的瞬间，即电机的转速为零时，这时的电流值是他的堵转电流值，达到运行平稳的短暂时间内的电流变化，一般是额定电流的4～7倍，按照规定，单台容量超过10千瓦时，应加装减压启动设备，为了线路的运行安全及其他电气设备的正常运行，大功率的电机必须加装启动设备，以降低启动电流。

水泵属于二次方转矩负载，本系统水泵电机启动采用星-三角启动，利用电机绕组星型启动的电流小，三角形运行时负载率高的特点，可以有效降低启动电流有效地避免启动时瞬时大电流对供电线路的冲击。

电机主控制回路（如图1所示），电动机用交流接触器根据电动机使用情况及电动机类别可分别选用AC2～4，风机及水泵电机等启动电流是额定电流的4～7倍，分段电流为额定电流，选用AC-3，通过查表法及选用曲线法，根据样本及手册选用，触点容量大于额定容量1.25倍（即30×1.25=37.5A，查表选用40A）。CJT1-40交流接触器控制功率为380V时20KW，额定限制短路电流50kA，辅助触点2常开、2常闭，满足本系统控制需要。主继电器C1（CJT1-4011），线圈控制电压为220V;继电器C△（三角运行交流接触器CJT1-4011），线圈控制电压为220V;CY（三角形运行交流接触器CJT1-2511），线圈控制电压为220V;在主回路中串入热保护继电器（正泰NR2-40 ），整定电流设定值为36A（按照电机的额定电流1.2），当水泵出现堵转或过载、电源缺相及三相电源不平衡、电机过热等情况时，能够及时有效地自动关闭电机电源，避免电机损坏、烧毁等情况的发生。

机组启动后24V交流接触器闭合，将LW（泵1、泵2转换开关）转到泵1工作位置，泵2处于停止状态（C2常闭点），热继电器辅助常开接点处于断开位置，泵1主交流接触器工作，泵1运行灯（绿灯）亮，泵1主交流接触器工作，触电闭合，星型交流接触器工作（电机绕组星型运行），同时时间继电器工作，开始计时12S后，时间继电器延时断开触点断开，星型交流接触器断开，三角形交流接触器闭合（电机绕组三角形运行），至此电机启动阶段结束。在启动过程中，电机星型和三角形切换时，利用C△和CY交流接触器的辅助常闭触点实现电气互锁，避免交流接触器出现误动作，产生电源短路情况。当水泵电机在运行过程中出现故障时，电机的工作电流升高，超过热继电器设定值，热继电器动作，辅助常开点闭合，Q1中间继电器工作，断开泵1主交流接触器控制电源，泵1停止运行，并向机组发出报警信号。

泵1和泵2切换，通过切换开关LW，转到相应位置时，相应的泵按照星型启动—三角形运行的模式运行。利用泵1、泵2主交流接触器辅助常闭触点实现电气互锁，避免两台泵同时工作，造成管道压力过大而损坏。在水泵运行中如发生问题，实验人员可就近按下紧急停止按钮（TA），使水泵停止工作。

水泵电机长期运行时，电机发热量大，对电机的损害较大，需在电机机壳上安装温度检测，当温度超过50度时，需切换水泵运行，这样能够保持机组的连续不间断运行。循环管道内安装流量计和压力检测单元，检测信号反馈至机组控制系统，从而保护电机，避免水泵缺水运行。

结束语

水泵电气控制系统，已在公司大型步入式例行实验室中成功运行十余年，有力保障了例行实验室的正常工作，其水泵电气控制设计是合理可行的。

参考文献

[1]徐建俊，电机与电气控制，清华大学出版社，2004.

[2]王晓敏、卫书满，电机拖动与控制，电子工业出版社，2016.

[3]魏立明，电机拖动基础与仿真，北京理工大学出版社，2017.