風機變極調速主回路選用分析

1 通過“功率比”確定主接線

1.1 主接線

交流異步電動機設計制造時可通過對三相定子繞組的不同布放處理、巧妙地設置繞組的引出線端頭數量等方法來實現不同的同步轉速，進而實現“變極調速”的目的。繞組接法有多種，如用于雙速的△/YY、Y/YY、Y/Y接法，用于多速的Y/△/YY、△/Y/YY、△/△/YY/YY、Y/Y/YY接法等。

1.2 機座號與轉速及功率的對應關系

對電動機的主要技術條件，機械行業內有明確的標準可利用，如《YD系列（IP44）變極多速三相異步電動機技術條件（機座號80~280）》JB/T 7127-2010、《YDT系列（IP44）變極多速三相異步電動機技術條件（機座號80~315）》JB/T 8681-2013。

表1為筆者整理的常用接法下的機座號與轉速及功率的對應關系。設計人員可以根據此表中的功率值查出接線方法，如：功率比為2.7/12的電動機，主回路為Y/YY接線；功率比為6.5/13的電動機，主回路為Y/Y接線。

3常用變極調速的主接線及特點分析

對常用的接線方式進行有針對性分析，△/YY、Y/YY接線較為常用，且二者主回路相同，容易混淆，故本文主要對這兩種接法進行技術分析，對Y/Y接線進行簡要說明。為了便于比較，△/YY、Y/YY接線均以4/2極數比進行模擬分析。

3.1 △/YY接線

圖4  △/YY接線主回路

圖5  △/YY繞組端子接線圖

需要特別注意的是，對于倍極比變極，為了使變極后電動機的轉向不變，在繞組改接時，應把接到電動機端頭電源的次序進行相應改變，圖5中端子接線圖即體現了此要求。其深層原因是電角度導致的：θae=(poles/2) θa，即電角度與極數成正比，以4/2極數比為例，若L1相的電角度為0，則2極時L2相、L3相的電角度分為120°、240°，4極時L2相、L3相的電角度分為240°、480°（等效于120°），因而導致磁動勢的旋轉方向與2極時相反，若電動機端頭電源的次序不變會導致兩種接線下的轉向不同。△/YY接線的繞組接線關系見圖6所示。

圖6  △/YY繞組接線關系圖

下面對比△接線、YY接線時的轉矩與功率。機械轉矩與磁極數成正比，與繞組上的電壓的平方成正比。磁動勢是由各段繞組建立的磁動勢疊加而來的，因而分析一段繞組上的電壓即可得到預期的結果：根據公式（8）-（9）可得式（10），進而可得式（11）。

式中，下標“c”指圖中的一段繞組。

將式（11）與表1中相應數據對比，可證明上述分析與推導的正確性。需要說明的是，表1中所列功率為輸出功率，與機械功率之間差附加損耗及機械損耗，因而與式（11）為近似比例關系。

3.2 Y/YY接線

Y/YY接線的主回路與△/YY接線相同，見圖4所示。對于倍極比變極，在繞組改接時，也應把接到電動機端頭電源的次序進行相應改變。Y/YY接線的繞組接線關系見圖7所示。

圖7  Y/YY繞組接線關系圖

類似于△/YY接線的分析方法，可分析出Y/YY接線的轉矩與功率關系，見式（12）~（15）。

同樣，將式（15）與表1中相應數據對比，可證明上述分析與推導的正確性。

3.3 Y/Y接線

Y/Y接線為2套獨立繞組，繞組布放方法不同，磁極數不同；繞組自身的參數（電阻）不同，也會對轉矩產生影響。由表1中可見，工程實踐中，Y/Y一般被設計為功率比1/3（轉速比1000/1500）、功率比1/2（轉速比750/1000）。Y/Y接線的主回路見圖8所示。

圖8    Y/Y接線主回路4接線方式與風機負載間的匹配性分析

由前述分析可知，△/YY、Y/YY具有相同的主回路，但兩種接線下具有不同的機械特性，圖9~10分別給出了簡要的特性曲線，同時給出了示意性的風機負載曲線。

圖9 △/YY接線T（n）曲線及負載TL（n）曲線

圖9 Y/YY接線T（n）曲線及負載TL（n）曲線

采用△/YY接線用于風機的變極調速，需按高速運行工況設計選擇風機，使機械轉矩大于負載轉矩（圖9中實線）。但在低速狀態下平衡點可見，電機性能嚴重浪費。而Y/YY接線與風機負載具有很好的匹配性。 5結束語

同為變極調速，但不同接線、不同的極數比均會導致不同的轉矩比和功率比。綜合對比表見表2。

△/YY接線不適合于風機類負載，更適合于恒功率負載；Y/YY接線、Y/Y接線均適合于風機類負載的變極調速。

以上為本人結合電機學基礎知識進行的技術分析，希望能為電氣工程師、風機制造商提供一定的技術指引，為圖集編制提供一定的技術參考。若有不當之處也歡迎同行們指正。

作者簡介 尤士剛，華通設計顧問工程有限公司電氣總工程師，注冊電氣工程師。

本文引用格式：[1]尤士剛.風機變極調速主回路選用分析[J].智能建筑電氣技術,2022,16(01):122-125.