【IBE】“双速”风机的主回路接线方法分析

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.

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