【導讀】在設計實踐中，如在平時用于排風而在消防時用于排煙的兩用風機，通風專業經常就是采用“雙速”的作法來實現兩種工況下的設計目标（風量、風壓）。電氣設計人員一般參照圖集（如16D303-2）進行設計其主回路的接線形式。 但哪種主回路接法适合于風機變極調速？兩種工況下的功率比與接法是否有對應關系？此類問題一直沒有引起應有的重視。

本文将依據機座号與轉速及功率的對應關系給出接線形式的選擇方法，同時依據電機學的基本原理，通過對交流異步電動機的特性分析及風機負載特性分析，總結歸納出常用風機變極調速接線形式的特點及應用指引（如根據功率比确定接線形式），推論出适合于雙速風機的接線形式。

1、通過“功率比”确定主接線

1.1 主接線

交流異步電動機設計制造時可通過對三相定子繞組的不同布放處理、巧妙地設置繞組的引出線端頭數量等方法來實現不同的同步轉速，進而實現“變極調速”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 機座号與轉速及功率的對應關系

對電動機的主要技術條件，機械行業内有明确的标準可利用，如《YD系列（IP44）變極多速三相異步電動機技術條件（機座号80~280）》JB/T 7127-2010、《YDT系列（IP44）變極多速三相異步電動機技術條件（機座号80~315）》JB/T 8681-2013。

表1為筆者整理的常用接法下的機座号與轉速及功率的對應關系。設計人員可以根據此表中的功率值查出接線方法，如：功率比為2.7/12的電動機，主回路為Y/YY接線；功率比為6.5/13的電動機，主回路為Y/Y接線。

2、常用變極調速的主接線及特點分析

對常用的接線方式進行有針對性分析，△/YY、Y/YY接線較為常用，且二者主回路相同，容易混淆，故本文主要對這兩種接法進行技術分析，對Y/Y接線進行簡要說明。為了便于比較，△/YY、Y/YY接線均以4/2極數比進行模拟分析。

2.1 △/YY接線

▲ 圖4 △/YY接線主回路

▲ 圖5 △/YY繞組端子接線圖

需要特别注意的是，對于倍極比變極，為了使變極後電動機的轉向不變，在繞組改接時，應把接到電動機端頭電源的次序進行相應改變，圖5中端子接線圖即體現了此要求。其深層原因是電角度導緻的：θae=(poles/2) θa，即電角度與極數成正比，以4/2極數比為例，若L1相的電角度為0，則2極時L2相、L3相的電角度分為120°、240°，4極時L2相、L3相的電角度分為240°、480°（等效于120°），因而導緻磁動勢的旋轉方向與2極時相反，若電動機端頭電源的次序不變會導緻兩種接線下的轉向不同。△/YY接線的繞組接線關系見圖6所示。

▲ 圖6 △/YY繞組接線關系圖

下面對比△接線、YY接線時的轉矩與功率。機械轉矩與磁極數成正比，與繞組上的電壓的平方成正比。磁動勢是由各段繞組建立的磁動勢疊加而來的，因而分析一段繞組上的電壓即可得到預期的結果：根據公式（8）-（9）可得式（10），進而可得式（11）。

式中，下标“c”指圖中的一段繞組。

将式（11）與表1中相應數據對比，可證明上述分析與推導的正确性。需要說明的是，表1中所列功率為輸出功率，與機械功率之間差附加損耗及機械損耗，因而與式（11）為近似比例關系。

2.2 Y/YY接線

Y/YY接線的主回路與△/YY接線相同，見圖4所示。對于倍極比變極，在繞組改接時，也應把接到電動機端頭電源的次序進行相應改變。Y/YY接線的繞組接線關系見圖7所示。

▲ 圖7 Y/YY繞組接線關系圖

類似于△/YY接線的分析方法，可分析出Y/YY接線的轉矩與功率關系，見式（12）~（15）。

同樣，将式（15）與表1中相應數據對比，可證明上述分析與推導的正确性。

2.3 Y/Y接線

Y/Y接線為2套獨立繞組，繞組布放方法不同，磁極數不同；繞組自身的參數（電阻）不同，也會對轉矩産生影響。由表1中可見，工程實踐中，Y/Y一般被設計為功率比1/3（轉速比1000/1500）、功率比1/2（轉速比750/1000）。Y/Y接線的主回路見圖8所示。

▲ 圖8 Y/Y接線主回路

3、接線方式與風機負載間的匹配性分析

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械特性，圖9~10分别給出了簡要的特性曲線，同時給出了示意性的風機負載曲線。

▲ 圖9 △/YY接線T（n）曲線及負載TL（n）曲線

▲ 圖9 Y/YY接線T（n）曲線及負載TL（n）曲線

采用△/YY接線用于風機的變極調速，需按高速運行工況設計選擇風機，使機械轉矩大于負載轉矩（圖9中實線）。但在低速狀态下平衡點可見，電機性能嚴重浪費。而Y/YY接線與風機負載具有很好的匹配性。

4、文章總結

同為變極調速，但不同接線、不同的極數比均會導緻不同的轉矩比和功率比。綜合對比表見表2。

△/YY接線不适合于風機類負載，更适合于恒功率負載；Y/YY接線、Y/Y接線均适合于風機類負載的變極調速。

以上為本人結合電機學基礎知識進行的技術分析，希望能為電氣工程師、風機制造商提供一定的技術指引，為圖集編制提供一定的技術參考。若有不當之處也歡迎同行們指正。

作者：尤士剛，華通設計顧問工程有限公司電氣總工程師，注冊電氣工程師。

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