风机变极调速主回路选用分析
1 通过“功率比”确定主接线
1.1 主接线
交流异步电动机设计制造时可通过对三相定子绕组的不同布放处理、巧妙地设置绕组的引出线端头数量等方法来实现不同的同步转速，进而实现“变极调速”的目的。绕组接法有多种，如用于双速的△/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 机座号与转速及功率的对应关系
对电动机的主要技术条件，机械行业内有明确的标准可利用，如《YD系列（IP44）变极多速三相异步电动机技术条件（机座号80~280）》JB/T 7127-2010、《YDT系列（IP44）变极多速三相异步电动机技术条件（机座号80~315）》JB/T 8681-2013。
表1为笔者整理的常用接法下的机座号与转速及功率的对应关系。设计人员可以根据此表中的功率值查出接线方法，如：功率比为2.7/12的电动机，主回路为Y/YY接线；功率比为6.5/13的电动机，主回路为Y/Y接线。
3常用变极调速的主接线及特点分析
对常用的接线方式进行有针对性分析，△/YY、Y/YY接线较为常用，且二者主回路相同，容易混淆，故本文主要对这两种接法进行技术分析，对Y/Y接线进行简要说明。为了便于比较，△/YY、Y/YY接线均以4/2极数比进行模拟分析。
3.1 △/YY接线
图4 △/YY接线主回路
图5 △/YY绕组端子接线图
需要特别注意的是，对于倍极比变极，为了使变极后电动机的转向不变，在绕组改接时，应把接到电动机端头电源的次序进行相应改变，图5中端子接线图即体现了此要求。其深层原因是电角度导致的：θae=(poles/2) θa，即电角度与极数成正比，以4/2极数比为例，若L1相的电角度为0，则2极时L2相、L3相的电角度分为120°、240°，4极时L2相、L3相的电角度分为240°、480°（等效于120°），因而导致磁动势的旋转方向与2极时相反，若电动机端头电源的次序不变会导致两种接线下的转向不同。△/YY接线的绕组接线关系见图6所示。
图6 △/YY绕组接线关系图
下面对比△接线、YY接线时的转矩与功率。机械转矩与磁极数成正比，与绕组上的电压的平方成正比。磁动势是由各段绕组建立的磁动势叠加而来的，因而分析一段绕组上的电压即可得到预期的结果：根据公式（8）-（9）可得式（10），进而可得式（11）。
式中，下标“c”指图中的一段绕组。
将式（11）与表1中相应数据对比，可证明上述分析与推导的正确性。需要说明的是，表1中所列功率为输出功率，与机械功率之间差附加损耗及机械损耗，因而与式（11）为近似比例关系。
3.2 Y/YY接线
Y/YY接线的主回路与△/YY接线相同，见图4所示。对于倍极比变极，在绕组改接时，也应把接到电动机端头电源的次序进行相应改变。Y/YY接线的绕组接线关系见图7所示。
图7 Y/YY绕组接线关系图
类似于△/YY接线的分析方法，可分析出Y/YY接线的转矩与功率关系，见式（12）~（15）。
同样，将式（15）与表1中相应数据对比，可证明上述分析与推导的正确性。
3.3 Y/Y接线
Y/Y接线为2套独立绕组，绕组布放方法不同，磁极数不同；绕组自身的参数（电阻）不同，也会对转矩产生影响。由表1中可见，工程实践中，Y/Y一般被设计为功率比1/3（转速比1000/1500）、功率比1/2（转速比750/1000）。Y/Y接线的主回路见图8所示。
图8 Y/Y接线主回路4接线方式与风机负载间的匹配性分析
由前述分析可知，△/YY、Y/YY具有相同的主回路，但两种接线下具有不同的机械特性，图9~10分别给出了简要的特性曲线，同时给出了示意性的风机负载曲线。
图9 △/YY接线T（n）曲线及负载TL（n）曲线
图9 Y/YY接线T（n）曲线及负载TL（n）曲线
采用△/YY接线用于风机的变极调速，需按高速运行工况设计选择风机，使机械转矩大于负载转矩（图9中实线）。但在低速状态下平衡点可见，电机性能严重浪费。而Y/YY接线与风机负载具有很好的匹配性。 5结束语
同为变极调速，但不同接线、不同的极数比均会导致不同的转矩比和功率比。综合对比表见表2。
△/YY接线不适合于风机类负载，更适合于恒功率负载；Y/YY接线、Y/Y接线均适合于风机类负载的变极调速。
以上为本人结合电机学基础知识进行的技术分析，希望能为电气工程师、风机制造商提供一定的技术指引，为图集编制提供一定的技术参考。若有不当之处也欢迎同行们指正。
作者简介 尤士刚，华通设计顾问工程有限公司电气总工程师，注册电气工程师。
本文引用格式：[1]尤士刚.风机变极调速主回路选用分析[J].智能建筑电气技术,2022,16(01):122-125.
