摘要 高速公路隧道內(nèi)風(fēng)機(jī)起動(dòng)控制部分采用自耦降壓起動(dòng)裝置，該套裝置只在風(fēng)機(jī)起動(dòng)時(shí)使用，每次起動(dòng)時(shí)間為16～18 s，利用率較低。為提高起動(dòng)裝置的利用率，降低建設(shè)成本，該文對兩臺(tái)風(fēng)機(jī)共用一套自耦降壓起動(dòng)裝置方案進(jìn)行研究，旨在通過優(yōu)化第一風(fēng)機(jī)和第二風(fēng)機(jī)協(xié)同控制電路相連，起動(dòng)控制電路與第一風(fēng)機(jī)和第二風(fēng)機(jī)之間的保護(hù)電路。該方案設(shè)計(jì)有利于確保風(fēng)機(jī)共用一套起動(dòng)控制電路，實(shí)現(xiàn)既不影響事故應(yīng)急通風(fēng)排煙使用，又可節(jié)省1/2的隧道風(fēng)機(jī)啟動(dòng)裝置投資的目的，此外根據(jù)各隧道實(shí)際情況也可采用多臺(tái)風(fēng)機(jī)共用一套起動(dòng)裝置的設(shè)計(jì)。

關(guān)鍵詞 高速公路；隧道風(fēng)機(jī)；自耦降壓起動(dòng)

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

0 引言

隨著現(xiàn)代交通基礎(chǔ)設(shè)施的快速發(fā)展和社會(huì)車輛保有量的不斷增加，高速公路作為連接城市與地區(qū)的關(guān)鍵紐帶，其安全與通行效率受到社會(huì)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(huán)境和使用特性，其通風(fēng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和運(yùn)行尤為重要。風(fēng)機(jī)作為隧道通風(fēng)系統(tǒng)的核心設(shè)備，其控制方式的合理性和效率直接關(guān)系到隧道的運(yùn)營安全和能源使用效率。其中，自耦降壓起動(dòng)裝置以其起動(dòng)平穩(wěn)、對電網(wǎng)沖擊小、維護(hù)簡單等優(yōu)點(diǎn)引入高速公路隧道風(fēng)機(jī)控制中，不僅有助于解決傳統(tǒng)起動(dòng)方式存在的問題，還能提高風(fēng)機(jī)運(yùn)行的平穩(wěn)性和節(jié)能性，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義和應(yīng)用價(jià)值。

1 自耦式降壓起動(dòng)裝置工作原理

1.1 自耦降壓起動(dòng)條件

（1）電源電壓與電動(dòng)機(jī)額定電壓相匹配：在使用自耦式降壓起動(dòng)裝置時(shí)，需要確保電源電壓與風(fēng)機(jī)電機(jī)的額定電壓相匹配，或者電源電壓略高于風(fēng)機(jī)電機(jī)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(jī)的啟動(dòng)電壓，起到降壓調(diào)節(jié)的作用。

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

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

1.2 自耦降壓啟動(dòng)優(yōu)點(diǎn)

（1）節(jié)能與電網(wǎng)穩(wěn)定：自耦式降壓起動(dòng)可以有效地降低電機(jī)的啟動(dòng)電流，從而減少對電網(wǎng)的沖擊，有利于電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行，同時(shí)由于啟動(dòng)電流的降低，也減少了電能的損耗，具有節(jié)能效果。

（2）提高電機(jī)效率：自耦式降壓起動(dòng)器能夠減少電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)時(shí)間，提高電機(jī)的起動(dòng)效率。在啟動(dòng)過程中，由于電壓的逐步調(diào)整，電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行更加平穩(wěn)，從而提高了整個(gè)電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的能源利用率。

（3）降低電機(jī)噪聲：自耦式降壓起動(dòng)器在啟動(dòng)過程中可以降低電機(jī)的起動(dòng)電壓，使電機(jī)啟動(dòng)更加平穩(wěn)，從而減少振動(dòng)和噪聲的產(chǎn)生[3]，這對于需要低噪聲運(yùn)行的風(fēng)機(jī)來說尤為重要。

（4）降低成本：與其他類型的起動(dòng)裝置相比，自耦式降壓起動(dòng)器的成本較低。其結(jié)構(gòu)簡單，所需的元件數(shù)量較少，因此制造成本和維護(hù)成本都相對較低，更加經(jīng)濟(jì)實(shí)用。

2 兩臺(tái)風(fēng)機(jī)共用一套自耦降壓起動(dòng)裝置設(shè)計(jì)

2.1 設(shè)計(jì)背景

自耦變壓器降壓啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)因技術(shù)成熟、價(jià)格低、不產(chǎn)生諧波等優(yōu)點(diǎn)在工礦企業(yè)等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。自耦降壓法啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)的傳統(tǒng)方法多為一臺(tái)自耦降壓啟動(dòng)器啟動(dòng)一臺(tái)電動(dòng)機(jī)，當(dāng)兩臺(tái)電動(dòng)機(jī)不同時(shí)使用或一用一備工況工作時(shí)，如果一臺(tái)自耦降壓啟動(dòng)器啟動(dòng)一臺(tái)電動(dòng)機(jī)，總有一臺(tái)自耦降壓啟動(dòng)器處于閑置狀態(tài)，如果該工況電動(dòng)機(jī)數(shù)量較多，就很不經(jīng)濟(jì)，且設(shè)備占用空間大，因此在實(shí)際運(yùn)行過程中，在不改變原有自耦降壓啟動(dòng)器基礎(chǔ)上，增加電機(jī)選擇控制裝置，實(shí)現(xiàn)一臺(tái)自耦降壓啟動(dòng)器啟動(dòng)兩臺(tái)電動(dòng)機(jī)，減少啟動(dòng)設(shè)備數(shù)量和占用空間[4]。

2.2 工程概況

該設(shè)計(jì)方案提供了一種風(fēng)機(jī)自耦降壓變壓器起動(dòng)控制電路，包括：自耦變壓器、第一風(fēng)機(jī)和第二風(fēng)機(jī)，第一風(fēng)機(jī)和第二風(fēng)機(jī)與同一起動(dòng)控制電路相連，起動(dòng)控制電路與第一風(fēng)機(jī)和第二風(fēng)機(jī)之間設(shè)置有保護(hù)電路[5]。通過以上技術(shù)方案，兩臺(tái)風(fēng)機(jī)可以共用一套起動(dòng)控制電路，從而能夠節(jié)省1/2的隧道風(fēng)機(jī)起動(dòng)裝置的投資。

2.3 設(shè)計(jì)方案

（1）電路圖設(shè)計(jì)

（2）電路圖原理說明

該文實(shí)施例的一種風(fēng)機(jī)自耦降壓變壓器起動(dòng)控制電路的電路圖，如圖1所示。一種風(fēng)機(jī)自耦降壓變壓器起動(dòng)控制電路，包括：自耦變壓器T、第一風(fēng)機(jī)M1和第二風(fēng)機(jī)M2，第一風(fēng)機(jī)M1和第二風(fēng)機(jī)M2與同一起動(dòng)控制電路相連，起動(dòng)控制電路與第一風(fēng)機(jī)M1和第二風(fēng)機(jī)M2之間設(shè)置有保護(hù)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(shí)間繼電器KT1和時(shí)間繼電器KT2，第一啟動(dòng)按鈕SB2和第二啟動(dòng)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(diǎn)及多個(gè)常開觸點(diǎn)和常閉觸點(diǎn)，時(shí)間繼電器有多個(gè)延時(shí)閉合觸點(diǎn)和延時(shí)斷開觸點(diǎn)，控制電路設(shè)有第一節(jié)點(diǎn)A、第二節(jié)點(diǎn)B、第三節(jié)點(diǎn)C和第四節(jié)點(diǎn)D。

接觸器KM1的第四常開觸點(diǎn)與接觸器KM3第四常開觸點(diǎn)并聯(lián)后與接觸器KM線圈組成串聯(lián)線路連接第一節(jié)點(diǎn)A和第二節(jié)點(diǎn)B；第一停止按鈕SB1、第一啟動(dòng)按鈕SB2、時(shí)間繼電器KT1延時(shí)斷開觸點(diǎn)、接觸器KM2第一常閉觸點(diǎn)、接觸器KM3第一常閉觸點(diǎn)和接觸器KM1線圈組成串聯(lián)線路連接第一節(jié)點(diǎn)A和第二節(jié)點(diǎn)B；第二停止按鈕SB3、第二啟動(dòng)按鈕SB4、時(shí)間繼電器KT2延時(shí)斷開觸點(diǎn)、接觸器KM4第一常閉觸點(diǎn)、接觸器KM1第三常閉觸點(diǎn)和接觸器KM3線圈組成串聯(lián)線路連接第一節(jié)點(diǎn)A和第二節(jié)點(diǎn)B；接觸器KM1第一常開觸點(diǎn)并聯(lián)在第一啟動(dòng)按鈕SB2兩端，且接觸器KM1第一常開觸點(diǎn)與時(shí)間繼電器KT1線圈組成的串聯(lián)線路連接第三節(jié)點(diǎn)C和第二節(jié)點(diǎn)B；時(shí)間繼電器KT1延時(shí)閉合觸點(diǎn)和接觸器KM2第二常開觸點(diǎn)并聯(lián)后與接觸器KM1第二常閉觸點(diǎn)和接觸器KM2線圈組成串聯(lián)線路連接至第三節(jié)點(diǎn)C和第二節(jié)點(diǎn)B。

接觸器KM3第二常開觸點(diǎn)并聯(lián)在第二啟動(dòng)按鈕SB4兩端，且接觸器KM3第二常開觸點(diǎn)與時(shí)間繼電器KT2線圈組成的串聯(lián)線路連接第四節(jié)點(diǎn)D和第二節(jié)點(diǎn)B；時(shí)間繼電器KT2延時(shí)閉合觸點(diǎn)和接觸器KM4第二常開觸點(diǎn)并聯(lián)，且接觸器KM4第二常開觸點(diǎn)、接觸器KM3第三常閉觸點(diǎn)和接觸器KM4線圈組成串聯(lián)線路連接至第四節(jié)點(diǎn)D和第二節(jié)點(diǎn)B。

自耦變壓器T一端連接接觸器KM主觸點(diǎn)，另一端分別連接接觸器KM1主觸點(diǎn)和接觸器KM3主觸點(diǎn)，第一風(fēng)機(jī)M1分別連接接觸器KM1主觸點(diǎn)和接觸器KM2主觸點(diǎn)，第二風(fēng)機(jī)M2分別連接接觸器KM3主觸點(diǎn)和接觸器KM4主觸點(diǎn)。

保護(hù)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(jié)點(diǎn)A，另一端同時(shí)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(diǎn)和接觸器KM3第四常開觸點(diǎn)，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(jié)點(diǎn)B，另一端同時(shí)連接接觸器KM1線圈、時(shí)間繼電器KT1線圈、接觸器KM2線圈、接觸器KM3線圈、時(shí)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(tái)風(fēng)機(jī)不同時(shí)起動(dòng)，設(shè)置了連鎖電路，以起動(dòng)第一風(fēng)機(jī)為例，當(dāng)需要起動(dòng)第一風(fēng)機(jī)M1時(shí)，按下第一啟動(dòng)按鈕SB2，此時(shí)接觸器KM1線圈得電，接觸器KM1主觸點(diǎn)，第一風(fēng)機(jī)M1與自耦變壓器T連接；接觸器KM1第一常開觸點(diǎn)、第四常開觸點(diǎn)閉合，此時(shí)接觸器KM線圈得電，接觸器KM主觸點(diǎn)閉合，自耦變壓器T接入電源，使得第一風(fēng)機(jī)M1在自耦變壓器T輔助下進(jìn)行降壓啟動(dòng)[6]。

此外，當(dāng)接觸器KM1線圈得電時(shí)，接觸器KM1第二常閉觸點(diǎn)、第三常閉觸點(diǎn)斷開，此時(shí)接觸器KM3線圈不得電，從而接觸器KM3主觸點(diǎn)不會(huì)閉合，第二風(fēng)機(jī)M2無法與自耦變壓器T連接進(jìn)行降壓啟動(dòng)，避免第一風(fēng)機(jī)M1與第二風(fēng)機(jī)M2同時(shí)起動(dòng)的情況。

當(dāng)?shù)谝伙L(fēng)機(jī)M1進(jìn)行降壓起動(dòng)時(shí)，由于此前接觸器KM1線圈已經(jīng)得電，使得接觸器KM1第一常開觸點(diǎn)閉合，時(shí)間繼電器KT1線圈已經(jīng)得電，從而時(shí)間繼電器KT1延時(shí)閉合觸點(diǎn)閉合以及時(shí)間繼電器KT1延時(shí)斷開觸點(diǎn)斷開；當(dāng)時(shí)間繼電器KT1延時(shí)斷開觸點(diǎn)斷開時(shí)，接觸器KM1線圈失電，使得接觸器KM1主觸點(diǎn)復(fù)位，第一風(fēng)機(jī)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(diǎn)復(fù)位，接觸器KM線圈失電，接觸器KM主觸點(diǎn)復(fù)位，自耦變壓器T斷開與電源的連接。當(dāng)時(shí)間繼電器KT1延時(shí)閉合觸點(diǎn)閉合時(shí)，接觸器KM2線圈得電，接觸器KM2主觸點(diǎn)閉合，第一風(fēng)機(jī)M1與電源連接，第一風(fēng)機(jī)M1全壓運(yùn)行。由于接觸器KM2線圈得電，接觸器KM2第二常開觸點(diǎn)閉合，接觸器KM2實(shí)現(xiàn)自鎖；接觸器KM2第一常閉觸點(diǎn)斷開，從而避免接觸器KM1線圈再次得電，實(shí)現(xiàn)接觸器KM1線圈與接觸器KM2線圈的連鎖。

以上為第一風(fēng)機(jī)M1的起動(dòng)流程，當(dāng)需要第一風(fēng)機(jī)M1停機(jī)時(shí)，僅需要按下第一停止按鈕SB1即可。

3 結(jié)束語

綜上研究，該文提出了兩臺(tái)風(fēng)機(jī)共用一套自耦降壓起動(dòng)裝置的設(shè)計(jì)方案。第一風(fēng)機(jī)M1和第二風(fēng)機(jī)M2功率為11～75 kW，從而使用該起動(dòng)控制電路除了能實(shí)現(xiàn)同時(shí)控制兩臺(tái)風(fēng)機(jī)，還可以同時(shí)控制3、4臺(tái)或多臺(tái)風(fēng)機(jī)。該方案不僅能夠有效地提高起動(dòng)裝置的利用率，降低建設(shè)和運(yùn)行成本，還能夠保證系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行和安全性。通過并聯(lián)連接兩臺(tái)甚至更多臺(tái)風(fēng)機(jī)，共享一套起動(dòng)裝置，實(shí)現(xiàn)了起動(dòng)過程的協(xié)調(diào)和控制，提高了系統(tǒng)的效率和可靠性。后續(xù)將進(jìn)一步完善設(shè)計(jì)方案，實(shí)施方案，以期為交通管理系統(tǒng)的優(yōu)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(xiàn)。

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