双速风机变速控制的注意要点及一种简便的设计方法

周兴悦, 李东晋

(浙江绿城建筑设计有限公司重庆分公司, 重庆 401121)

0 引 言

电机配电设计过程中,电气设计人员发现不同类型的双速电机的主接线回路十分相似,但是其工作原理存在差异,因此针对不同类型的双速风机,定子主接线回路在电缆、元器件型号选择方面不相同,这点容易被电气设计人员忽略。

国标图集16D303-2《常用风机控制电路图》[1](简称《图集》)给出了典型的风机控制原理图,但是在工程设计领域,暖通专业给电气提资时,往往只提供功率数值,无法确定电机的接线形式和双速风机的控制电路图。文献[2]对各种类型双速风机的外部接线原理进行了系统整理,但是其对风机配电设计以风机类型已知为前提;文献[3]提供了一种识别双速风机接线方式的方法,但是仍要根据暖通提资的功率查出风机的具体型号、主接线图、控制原理图,才能进行配电设计,过程繁琐。

本文介绍了风机配电要点,可以直接根据暖通提供的功率进行电缆及元器件选型,省略中间查询双速风机的具体型号、定子主接线图以及控制原理图的步骤。

1 双速风机的工作原理

1.1 双速风机分类

双速电机主要分为YD系列及YDT系列,YD系列电机执行JB/T 7127—2010《YD系列(IP44)变极多速三相异步电动机技术条件》(机座号80-280)标准,电机绕组接线形式为△/YY;YDT系列电机执行JB/T 8681—2013《YDT系列(IP44)变极多速三相异步电动机技术条件》(机座号80-315)标准,电机绕组接线形式为Y/Y、Y/YY、3Y+Y/3Y等。通过查阅《图集》可知,电机绕组△/YY型接线与Y/YY型接线的主接线图一样,Y/Y型接线与3Y+Y/3Y型接线的主接线图一样。暖通专业一般使用的风机为YDT系列。本文以YDT系列电机的Y/Y、Y/YY、3Y+Y/3Y这3种接线形式展开研究。

1.2 双速风机变速基本原理

1.2.1 双速电机Y/YY型接线原理图

YDT系列双速风机外部Y/YY型主接线回路、电机外部接线端子分别如图1、图2所示[2]。

Y/YY型电机定子绕组接线图如图3所示[2]。

双速风机低速运行时,接触器KM3断开,电机定子绕组为Y型接线,断路器QF1、接触器KM1、热继电器KH1按照低速电流IL选取,电流计算公式为[4]

(1)

式中:P1——风机低速运行时的额定功率;

U——线电压,取380 V;

cosφ——功率因数。

双速风机高速运行时,接触器KM3闭合,电机定子绕组为YY型接线,断路器QF2、接触器KM2、热继电器KH2、导线按照高速电流Ih选取,接触器KM3按照Ih/2来选取,电流计算公式为[4]

(2)

式中:P2——风机高速运行时的额定功率。

电机1U、1V、1W外部接线不仅要承受低速时的电流IL,同时也要承受高速时的电流Ih/2,而Ih/2大于IL,因此电机低速时的电缆导线应按照Ih/2来选取。

1.2.2 双速电机Y/Y型接线原理图

YDT系列双速风机外部Y/Y型主接线回路、电机外部接线端子分别如图4、图5所示。YDT系列双速风机外部Y/Y型电机定子绕组接线图如图6所示[2]。

图4～图6中,当双速风机低速运行与高速运行回路分别设置断路器时,高低速两种运行方式的电机外部主接线及内部定子绕组接线方式基本相同,通过改变极对数或更改绕组以实现风机不同转速。

当低速运行时,QF1、KM1、KH1及导线按低速时的额定电流IL来选取,电流的计算如式(1)所示;当风机高速运行时,QF2、KM2、KH2及导线按式(2)来选取。

1.2.3 双速电机3Y+Y/3Y型接线原理图

双速电机3Y+Y/3Y型外部主接线及外部接线端子连线与Y/Y型一样。双速电机3Y+Y/3Y型电机定子绕组接线图(一)、(二)分别如图7、图8所示[1]。

同Y/Y型双速风机,当低速运行时,QF1、KM1、KH1及导线按低速时的额定电流IL来选取,电流计算见式(1);当风机高速运行时,QF2、KM2、KH2及导线按式(2)来选取。

2 双速风机主接线形式的选择

2.1 传统的风机主接线形式选择方法

暖通专业给电气提资时只提供双速风机功率,电气专业还需知道风机的主接线方式才能展开电气设计。按照常规的做法,依据暖通提资的功率,对照风机样本,找出风机电机型号,然后根据机座号在文献[5]查出绕组接法,根据绕组接线方式,对照《图集》或者相关资料得出双速风机控制原理图,最后开展电气设计。

YDT系列风机样本参数如表1所示,通过标准JB/T 8681—2013第3条中表2及表3可以查出双速风机的接线形式。

当暖通提资的双速风机为15.5/5.1 kW,电气专业通过查阅风机样本中的表1可得,电机型号为YDT180M-4/6,然后通过查询JB/T 8681—2013《YDT系列(IP44)变极多速三相异步电动机技术条件(机座号80-315)》中的表3机座号180M及功率15.5/5.1 kW,找出风机同步转速比为1 500/1 000,再通过文献[5]中的表2查询出双速风机主接线形式为Y/Y,即主接线如图4所示,最后开展电气设计。

表1 YDT系列风机样本参数

2.2 改进的风机主接线形式选择方法

传统方法能找出双速风机的主接线形式,但是流程相对复杂。本文通过对变速风机配电要点总结,可根据暖通专业提资,直接展开风机配电的元器件、电缆选型工作,节省时间。双速风机配电设计流程如图9所示。

通过对表1～表3的参数进行总结归纳,得出的结论[6]如下:

(1) 当暖通提资的功率比为3/1时,风机定子绕组接法为Y/Y,低速回路断路器、接触器、热继电器及电缆截面按照额定电流和式(1)中的IL来选取,高速回路按照额定电流和式(2)中的Ih选取。

(2) 当暖通提资的功率比为2/1时,风机定子绕组接法为Y/Y,低速回路断路器、接触器、热继电器及电缆截面按照额定电流和式(1)中的IL来选取,高速回路按照额定电流和式(2)中的Ih来选取。

(3) 当暖通提资的功率比为4/1～5/1时,风机定子绕组接法为Y/YY,低速回路断路器、接触器、热继电器按照额定电流和式(1)中的IL来选取,高速回路按照额定电流和式(2)中的Ih选取,在高速运行时导线按式(2)中的Ih选取选取,而低速运行时按照Ih/2选取。

以上结论省略查询风机型号、查询风机主接线图、原理图的流程,直接得出元器件、电缆导线选型的参考电流计算方法。如暖通提资的双速风机为15.5/5.1 kW时,根据上述结论,功率比为3/1,得出电机接线方式为Y/Y。

3 结 语

双速风机种类比较多,各种主接线图类似,但是工作原理、元器件及电缆选型不同,很容易混淆。本文介绍了常用的双速风机主接线方式,在做具体的配电设计过程中,暖通专业提供功率,电气专业通过对风机配电要点进行总结,进而可以直接根据暖通提供的功率进行电缆及元器件选型,省略了中间查询双速风机的具体型号、定子主接线图以及控制原理图的步骤,方便快捷。