電機(jī)弱磁節(jié)能控制在鼓風(fēng)干燥箱上的應(yīng)用研究

楊貴平

【摘 要】實(shí)驗(yàn)室常用鼓風(fēng)干燥箱多選用高效離心風(fēng)機(jī)，其效率已經(jīng)處于一個(gè)較高的水平上，難以采用一般的電機(jī)控制節(jié)能技術(shù)提高風(fēng)機(jī)本身的效率。為此，在利用現(xiàn)有的變頻調(diào)速器來調(diào)節(jié)流量、風(fēng)量的基礎(chǔ)上，根據(jù)風(fēng)機(jī)特性曲線利用電機(jī)弱磁節(jié)能技術(shù)，實(shí)現(xiàn)比變頻器的節(jié)能提高2%～8%，較大幅度提高了鼓風(fēng)干燥箱的節(jié)能效率。為電機(jī)弱磁節(jié)能控制技術(shù)在其它設(shè)備上的節(jié)能應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。

【關(guān)鍵詞】弱磁節(jié)能；電機(jī)；鼓風(fēng)干燥

目前研究最多的是采用變頻器調(diào)速技術(shù)，節(jié)電率為20%～50%。然而，風(fēng)機(jī)已普遍采用高效離心風(fēng)機(jī)，其最高效率已達(dá)到80%～85%，不可能再大幅度提高風(fēng)機(jī)本身的效率。對此，本文在采用變頻調(diào)速器來調(diào)節(jié)流量、風(fēng)量基礎(chǔ)上，利用電機(jī)的弱磁節(jié)能技術(shù)，比傳統(tǒng)的變頻節(jié)能更加節(jié)省2%～8%的能耗。對于不同運(yùn)行特性的風(fēng)機(jī)，變頻器優(yōu)化出的U/F曲線上弱磁點(diǎn)的值也不一樣。為了達(dá)到弱磁節(jié)能控制的目的，對于不同的風(fēng)機(jī)U/F曲線不應(yīng)該采用定比例。當(dāng)傳動(dòng)單元在額定負(fù)載以下運(yùn)行時(shí)，磁通優(yōu)化能降低總能耗和電機(jī)的噪聲水平。

一、鼓風(fēng)干燥箱風(fēng)機(jī)的運(yùn)行特性

目前風(fēng)機(jī)已普遍采用高效離心風(fēng)機(jī)，其最高效率已達(dá)到80%～85%，不可能再大幅度提高風(fēng)機(jī)本身的效率。但實(shí)際風(fēng)機(jī)運(yùn)行的效率不高，其主要原因是：風(fēng)機(jī)的調(diào)速性能差，沒有高效的調(diào)速設(shè)備；風(fēng)機(jī)只能在工頻定速下運(yùn)行；風(fēng)機(jī)的運(yùn)行偏離最高效率點(diǎn)。所以選擇高效風(fēng)機(jī)，且運(yùn)行點(diǎn)應(yīng)在高效點(diǎn)上。同一臺風(fēng)機(jī)在一定的轉(zhuǎn)速下，當(dāng)風(fēng)量和風(fēng)壓改變時(shí)，其效率也隨之改變，但其中必有一個(gè)最高效率點(diǎn)，最高效率時(shí)的風(fēng)量和風(fēng)壓稱為最佳工況，風(fēng)機(jī)在系統(tǒng)中工作時(shí)，它的風(fēng)量和風(fēng)壓盡可能等于或接近于最佳工況時(shí)的風(fēng)量和風(fēng)壓，才能達(dá)到較好的節(jié)能效果。風(fēng)量與葉輪直徑的三次方成正比，風(fēng)壓與葉輪直徑的平方成正比，功率與其直徑的五次方成正比。改變轉(zhuǎn)速的主要方法有改變皮帶輪直徑，在增加風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速時(shí)要注意核算風(fēng)機(jī)葉輪的機(jī)械強(qiáng)度和電動(dòng)機(jī)的功率是否超過允許值，改變后的風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速一般要求不宜超過該類型號風(fēng)機(jī)的額定最高速度，通過調(diào)整使風(fēng)機(jī)特性曲線改變，達(dá)到改變實(shí)際工況點(diǎn)，調(diào)節(jié)風(fēng)量的目的。

二、根據(jù)風(fēng)機(jī)的特性曲線優(yōu)化磁通

電機(jī)在負(fù)載轉(zhuǎn)矩不變的情況下，降低頻率使電機(jī)轉(zhuǎn)速下降，將導(dǎo)致輸出功率下降，而電機(jī)的輸入功率與頻率之間并無直接聯(lián)系。因此，頻率下降時(shí)將導(dǎo)致輸入功率與輸出功率之間的嚴(yán)重失衡，使傳遞能量的電磁功率和磁通相對大幅增加，電機(jī)的磁路嚴(yán)重飽和，勵(lì)磁電流的波形嚴(yán)重畸變，產(chǎn)生很大的尖峰電流。因此，變頻器必須在降低頻率的同時(shí)，相應(yīng)地降低輸出電壓，才能維持輸入功率與輸出功率之間的平衡。當(dāng)電機(jī)的運(yùn)行頻率高于額定頻率時(shí)，變頻器的輸出電壓不再能隨頻率的上升而上升，在這種情況下，由于U/f比將隨頻率的上升而下降，電動(dòng)機(jī)磁路內(nèi)的磁通也因此而減小，處于弱磁運(yùn)行狀態(tài)。因此，通常把轉(zhuǎn)折點(diǎn)稱為弱磁點(diǎn)（大致是基本頻率對應(yīng)的點(diǎn)）。通過公式阻抗Z=及感抗Xl=2πfL（感抗用X表示，電感用L表示，頻率用f表示，電阻用R表示）中可以看出，2πL是一個(gè)固定值，變頻器變的就是f，通過歐姆定律IΦ=U/Z，得知?jiǎng)?lì)磁IΦ與電壓U，他們與定子阻抗z有關(guān)。一是常態(tài)下電壓U不變，當(dāng)頻率f下降時(shí)感抗Xl也會(huì)下降，所以IΦ增大，產(chǎn)生磁飽和；二是頻率f下降時(shí)電壓U也下降，正常情況下U/F按比例下降，Φe是不變的；三是頻率f下降時(shí)電壓U也要下降，但是電壓U的下降與頻率f下降的比例不一樣，電壓U下降比頻率f下降的頻率要大。至于大多少，要根據(jù)風(fēng)機(jī)P-V曲線特性來計(jì)算；四是由于電壓U下降比頻率f下降的比例多，使得Φe下降不恒定了，這就是弱磁。變頻器應(yīng)根據(jù)風(fēng)機(jī)的特性曲線選取，確定各點(diǎn)的弱磁量所形成的U/F曲線略高于風(fēng)機(jī)特性曲線，這就是電機(jī)的磁通優(yōu)化曲線。由于各廠家各型號的風(fēng)機(jī)特性曲線不一樣，所以變頻器優(yōu)化的U/F曲線的弱磁點(diǎn)的值也不一樣。所以U/F曲線不應(yīng)該采用定比例，磁通優(yōu)化能降低總能耗和電機(jī)的噪聲水平。幾乎所有變頻器在出廠時(shí)都把U/f線設(shè)計(jì)在具有一定補(bǔ)償量的情況下（U/f比大于1）。

最有效的節(jié)能措施是采用變頻調(diào)速器來調(diào)節(jié)流量、風(fēng)量的基礎(chǔ)上，根據(jù)風(fēng)機(jī)特性曲線利用電機(jī)弱磁技術(shù)實(shí)現(xiàn)比單純的變頻器的節(jié)能提高2%～8%，大幅度提高了鼓風(fēng)干燥箱的節(jié)能效率。同時(shí)，為電機(jī)弱磁節(jié)能控制技術(shù)在其它設(shè)備上的應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。

參 考 文 獻(xiàn)

[1]冷再興，馬志源.一種新的內(nèi)置式永磁同步電機(jī)弱磁調(diào)速控制方法[J].微電機(jī).2006，39（6）：11～14

[2]劉春光，臧克茂，馬曉軍.電傳動(dòng)裝甲車輛用永磁同步電機(jī)的弱磁控制算法[J].微特電機(jī).2007，30（4）：27～30