直流風機在常規壁掛爐上的應用

汪為彪

【摘 ?要】提出一種將直流風機應用在常規壁掛爐上的應用方案。通過分體式直流風機的設計，解決風機電路板的耐溫問題，采用精確的燃氣—空氣匹配控制，提高常規壁掛爐部分負荷時的熱效率，降低壁掛爐的運行噪音，提升產品性能。

【關鍵詞】直流風機;常規壁掛爐

1 ?引 言

常規壁掛爐主要使用交流恒速風機提供燃燒所需的空氣，且風量是按照采暖爐最大負荷時所需風量設定的，因此額定負荷狀態下的燃燒效率較高，但在部分負荷狀態下，由于燃氣量相對較小，風機風量較大，導致過?？諝庀禂递^大，效率低下，以26kW常規壁掛爐為例，其最大負荷效率可達92%，最小負荷效率僅85%，，而用戶在實際采暖過程中，采暖爐大部分工作時間都處于部分負荷狀態，即低效率狀態下燃燒。如何提高壁掛爐的小負荷的熱效率，降低壁掛爐的運營成本，實現節能減排，成為眾多廠家努力的方向。部分廠家推出使用交流調速風機的采暖爐，風量能隨著供暖負荷的變化進行適當調節，部分負荷熱效率較交流恒速風機略有提升，但由于受交流電機自身性能及風壓開關的限制，部分負荷下效率提升有限，測試結果表明：同樣26kW采暖爐最小負荷時效率可提升到88%，小負荷效率有所提升。因此針對采暖爐長時間工作在小負荷狀態的特點，如何最大限度提升小負荷下的燃燒效率，具有重大意義。

2 ?直流風機的設計

常規壁掛爐的一般采用上抽風的結構，燃燒產生的高溫煙氣需直接與風機接觸，經過風機葉輪排出，對風機的耐溫要求較高，而一般直流風機由于其內置風機電路板，無法使用于高溫環境中，因此需解決直流風機的風機控制板的耐溫問題。

經過測試，最大負荷時煙氣溫度一般在130℃左右，風機電機周圍的環境溫度80℃左右，當風機后清掃完成后停止轉動，此時電機周圍環境溫度可升高到100℃左右，普通的電子元器件無法長時間工作在如此高溫環境下。通過不斷的創新研究，設計出一款分體式直流風機，將風機電路板外置，安裝在燃燒室外部，解決耐溫問題，風機主體部分僅保留監測風機轉速的霍爾傳感器（采用耐高溫器件），風機控制板與風機主體部分采用導線連接，分體式直流風機安裝結構如圖1所示：

3 風機特性分析

風機系統主要參數有全壓pt、風量Q、風機轉速n、煙道風阻等，其相互關系曲線如下圖2所示：

圖中曲線1、2、3分別代表直流風機在不同轉速下的特性曲線，曲線1、2、3對應的轉速n1、n2、n3，關系為n1

由圖2可以看出，在煙道阻力一定的情況下，風機風量Q與風機轉速成正比關系，通過調節風機轉速的大小，即可調節風量的大小。假設在某一負荷時，風機在曲線1和4的交點a正常運行，此時風機轉速為na，風量為Q1，當出現煙道堵塞時，即風阻由曲線4變成曲線5，如果采用轉速閉環控制，轉速不變，工作點將從a點轉移到曲線1和5的交點，風機的輸出風量降低，通過測試發現此時風機的工作電流減小;若保持風機的電流不變，風機的轉速將會由na升高到nb，風機將會運行在曲線 2和曲線5的交點b，此時風機的轉速為nb，輸出風量為Q2，通過 轉速變換的檢測，可以判斷出風機堵塞的情況。從a點到b點，風機的輸出風量減小了△Q，若此時再對風機的電流進行一定補償，使得風機的轉速上升到nc，系統的風量將會增加△Q恢復到堵塞前的Q1，保證風機輸出風量的恒定。

4、控制方案的設計

通過對直流風機特性曲線的分析，設計一種恒風量控制系統，結構框圖如圖3所示：

整個風機控制系統包括MCU、直流風機、風機控制電路、轉速反饋電路、電流反饋電路，MCU根據當前負荷自動計算所需的空氣量，輸出PWM信號到風機控制電路，控制直流風機按照設定轉速運轉，提供所需的空氣量，當負荷發生變化時，MCU及時調節輸出PWM信號的占空比，調節風機轉速，保證空氣—燃氣配比始終處在最佳狀態。同時MCU的AD口通過轉速反饋電路及電流反饋電路檢測當前直流風機的轉速信號和電流信號，在整機穩定運行在某一負荷時，若風機轉速升高，電流減小，MCU判斷出現煙道堵塞情況，自動調節輸出PWM信號，提高風機轉速，保證輸出風量的恒定，當MCU檢測到轉速超過系統設定的異常判定值時，系統自動停機。

5、測試結果

為了驗證直流風機的實際使用效果，分別選取26kW交流恒速風機產品和交流調速風機產品進行效率和噪音性能對比測試。

效率對比曲線如圖4所示，最大負荷時，三種機型的效率差不多，都在90%以上，但最小負荷時，直流風機產品熱效率較交流恒速風機高6%左右，較交流調速風機高3%左右，使用直流風機全負荷段效能都能保持在90%以上。

噪音對比曲線如圖5所示，最大負荷時，三種風機噪音都在44～46dB左右，直流風機噪音略低，最小負荷時，直流風機可低至37.6dB，較交流恒速風機低7dB左右，較交流調速風機低4dB左右，極大的降低常規壁掛爐的運行噪音。

6、結論

通過試驗測試結果可以看出，通過分體式直流風機的設計，將直流風機應用在常規壁掛爐產品上，精確的燃氣—空氣匹配控制，極大的提高了小負荷時的熱效率，同時小負荷時，直流風機轉速減小，降低了運行噪音，極大的提升了產品性能

（作者單位：廣東萬家樂燃氣具有限公司）