【导读】在设计实践中，如在平时用于排风而在消防时用于排烟的两用风机，通风专业经常就是采用“双速”的作法来实现两种工况下的设计目标（风量、风压）。电气设计人员一般参照图集（如16D303-2）进行设计其主回路的接线形式。 但哪种主回路接法适合于风机变极调速？两种工况下的功率比与接法是否有对应关系？此类问题一直没有引起应有的重视。
本文将依据机座号与转速及功率的对应关系给出接线形式的选择方法，同时依据电机学的基本原理，通过对交流异步电动机的特性分析及风机负载特性分析，总结归纳出常用风机变极调速接线形式的特点及应用指引（如根据功率比确定接线形式），推论出适合于双速风机的接线形式。
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。
2、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。
2.1 △/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。
2.2 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。
2.3 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
3、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。
4、文章总结
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：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。
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