風(fēng)機(jī)變極調(diào)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(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)制造時(shí)可通過對(duì)三相定子繞組的不同布放處理、巧妙地設(shè)置繞組的引出線端頭數(shù)量等方法來實(shí)現(xiàn)不同的同步轉(zhuǎn)速，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)“變極調(diào)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(jī)座號(hào)與轉(zhuǎn)速及功率的對(duì)應(yīng)關(guān)系
對(duì)電動(dòng)機(jī)的主要技術(shù)條件，機(jī)械行業(yè)內(nèi)有明確的標(biāo)準(zhǔn)可利用，如《YD系列（IP44）變極多速三相異步電動(dòng)機(jī)技術(shù)條件（機(jī)座號(hào)80~280）》JB/T 7127-2010、《YDT系列（IP44）變極多速三相異步電動(dòng)機(jī)技術(shù)條件（機(jī)座號(hào)80~315）》JB/T 8681-2013。
表1為筆者整理的常用接法下的機(jī)座號(hào)與轉(zhuǎn)速及功率的對(duì)應(yīng)關(guān)系。設(shè)計(jì)人員可以根據(jù)此表中的功率值查出接線方法，如：功率比為2.7/12的電動(dòng)機(jī)，主回路為Y/YY接線；功率比為6.5/13的電動(dòng)機(jī)，主回路為Y/Y接線。
3常用變極調(diào)速的主接線及特點(diǎn)分析
對(duì)常用的接線方式進(jìn)行有針對(duì)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(duì)這兩種接法進(jìn)行技術(shù)分析，對(duì)Y/Y接線進(jìn)行簡(jiǎn)要說明。為了便于比較，△/YY、Y/YY接線均以4/2極數(shù)比進(jìn)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(duì)于倍極比變極，為了使變極后電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)向不變，在繞組改接時(shí)，應(yīng)把接到電動(dòng)機(jī)端頭電源的次序進(jìn)行相應(yīng)改變，圖5中端子接線圖即體現(xiàn)了此要求。其深層原因是電角度導(dǎo)致的：θae=(poles/2) θa，即電角度與極數(shù)成正比，以4/2極數(shù)比為例，若L1相的電角度為0，則2極時(shí)L2相、L3相的電角度分為120°、240°，4極時(shí)L2相、L3相的電角度分為240°、480°（等效于120°），因而導(dǎo)致磁動(dòng)勢(shì)的旋轉(zhuǎn)方向與2極時(shí)相反，若電動(dòng)機(jī)端頭電源的次序不變會(huì)導(dǎo)致兩種接線下的轉(zhuǎn)向不同?！?YY接線的繞組接線關(guān)系見圖6所示。
圖6 △/YY繞組接線關(guān)系圖
下面對(duì)比△接線、YY接線時(shí)的轉(zhuǎn)矩與功率。機(jī)械轉(zhuǎn)矩與磁極數(shù)成正比，與繞組上的電壓的平方成正比。磁動(dòng)勢(shì)是由各段繞組建立的磁動(dòng)勢(shì)疊加而來的，因而分析一段繞組上的電壓即可得到預(yù)期的結(jié)果：根據(jù)公式（8）-（9）可得式（10），進(jìn)而可得式（11）。
式中，下標(biāo)“c”指圖中的一段繞組。
將式（11）與表1中相應(yīng)數(shù)據(jù)對(duì)比，可證明上述分析與推導(dǎo)的正確性。需要說明的是，表1中所列功率為輸出功率，與機(jī)械功率之間差附加損耗及機(jī)械損耗，因而與式（11）為近似比例關(guān)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(duì)于倍極比變極，在繞組改接時(shí)，也應(yīng)把接到電動(dòng)機(jī)端頭電源的次序進(jìn)行相應(yīng)改變。Y/YY接線的繞組接線關(guān)系見圖7所示。
圖7 Y/YY繞組接線關(guān)系圖
類似于△/YY接線的分析方法，可分析出Y/YY接線的轉(zhuǎn)矩與功率關(guān)系，見式（12）~（15）。
同樣，將式（15）與表1中相應(yīng)數(shù)據(jù)對(duì)比，可證明上述分析與推導(dǎo)的正確性。
3.3 Y/Y接線
Y/Y接線為2套獨(dú)立繞組，繞組布放方法不同，磁極數(shù)不同；繞組自身的參數(shù)（電阻）不同，也會(huì)對(duì)轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生影響。由表1中可見，工程實(shí)踐中，Y/Y一般被設(shè)計(jì)為功率比1/3（轉(zhuǎn)速比1000/1500）、功率比1/2（轉(zhuǎn)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(fēng)機(jī)負(fù)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(jī)械特性，圖9~10分別給出了簡(jiǎn)要的特性曲線，同時(shí)給出了示意性的風(fēng)機(jī)負(fù)載曲線。
圖9 △/YY接線T（n）曲線及負(fù)載TL（n）曲線
圖9 Y/YY接線T（n）曲線及負(fù)載TL（n）曲線
采用△/YY接線用于風(fēng)機(jī)的變極調(diào)速，需按高速運(yùn)行工況設(shè)計(jì)選擇風(fēng)機(jī)，使機(jī)械轉(zhuǎn)矩大于負(fù)載轉(zhuǎn)矩（圖9中實(shí)線）。但在低速狀態(tài)下平衡點(diǎn)可見，電機(jī)性能嚴(yán)重浪費(fèi)。而Y/YY接線與風(fēng)機(jī)負(fù)載具有很好的匹配性。 5結(jié)束語
同為變極調(diào)速，但不同接線、不同的極數(shù)比均會(huì)導(dǎo)致不同的轉(zhuǎn)矩比和功率比。綜合對(duì)比表見表2。
△/YY接線不適合于風(fēng)機(jī)類負(fù)載，更適合于恒功率負(fù)載；Y/YY接線、Y/Y接線均適合于風(fēng)機(jī)類負(fù)載的變極調(diào)速。
以上為本人結(jié)合電機(jī)學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)進(jìn)行的技術(shù)分析，希望能為電氣工程師、風(fēng)機(jī)制造商提供一定的技術(shù)指引，為圖集編制提供一定的技術(shù)參考。若有不當(dāng)之處也歡迎同行們指正。
作者簡(jiǎn)介 尤士剛，華通設(shè)計(jì)顧問工程有限公司電氣總工程師，注冊(cè)電氣工程師。
本文引用格式：[1]尤士剛.風(fēng)機(jī)變極調(diào)速主回路選用分析[J].智能建筑電氣技術(shù),2022,16(01):122-125.
