【指南】在设计实践中，像平时用于排气、消防时排出烟雾的两用风扇一样，通风专业往往采用“两档”的方法，在两种工作条件下达到设计目标(风量、风压)。电气设计师通常参考图集(如16D303-2)来设计主回路的接线形式。但是，哪种主电路连接方法适合风扇可变极调速？两种工作条件下的功率比与连接法有关吗？这种问题一直没有引起应有的重视。
本文根据帧数与转速和功率的对应关系，提出了接线方式的选择方法。此外，根据机械学的基本原理，通过交流异步电动机的特性分析和风机负荷特性分析，总结了典型风机变极速连接形式的特性和应用准则(例如根据功率比确定接线形式)。推导出适合双级风扇的接线形式。
1、通过“功率比”确定主接线
1.1主电缆连接
交流异步电动机设计制造时，通过巧妙设置三相定子绕组的不同布批处理、绕组的引线末端数等，达到不同的同步速率，可以达到“变速调节”的目的。绕组连接法有两级/YY、Y/YY、Y/Y连接法、多速Y//YY、/Y/YY、/YY/YY等多种。
1.2底座编号与速度和功率的对应
电机的主要技术条件，机械行业有明确的标准，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是笔者整理的相焊法下支架编号与转速及功率的对应关系。设计师可以根据此表中的功率值确定接线方法(例如，功率比为2.7/12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、常用变极调速的主要接线及特性分析
对常用布线方法进行大象分析。/YY、Y/YY布线比较常见，两个主电路相同，容易混淆，因此本文主要对两种连接方法进行技术分析，并简要说明Y/YY布线。为了进行比较，/YY和Y/YY配线均以4/2极比率模拟。
2.1 /YY配线
图4 /YY配线主电路
图5 /YY绕组终端接线示意图
特别地，在双极比变化的情况下，为了保持极后电动机的旋转不变，在改变绕组时，必须相应地改变连接到电动机末端电源的顺序。图5中的终端接线图反映了这一要求。深的原因是电角度：ae=(poles/2) a，即电角度与极数成正比。与四/二极比率成正比。L1相电气角度为0时，L2相，L3相电气角度分为120、240/YY配线的绕组布线关系如图6所示。
t="333"/>▲ 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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