Частота вращения вентилятора — как способ управления производительностью

В одной из предыдущих статей мы рассматривали вопрос подбора вентиляторов с помощью дросселирования сети, когда происходит адаптация сети под конкретный режим. Как правило, этот процесс осуществляется в сторону уменьшения производительности. В сторону же увеличения это выполнить сложнее, приходится учитывать множество параметров, как сопротивление сети и пр.

Второй вариант — это использование входного направляющего аппарата. Здесь происходит изменение условий входа потока в вентилятор, что изменяет динамические мощностные характеристики вентилятора. Это более рациональный режим управления, чем с помощью дросселирования.

Сегодня же мы поговорим о таком варианте, как 

Управление частотой вращения вентилятора 

Это — ещё один способ управления, когда можно обеспечивать требуемый режим по производительности, причем не только в сторону уменьшения, но и в сторону увеличения производительности. Можно регулировать частоту вращения рабочего колеса вентилятора и таким образом увеличивать его параметры (при увеличении частоты вращения), либо уменьшать параметры при уменьшении частоты вращения.

Здесь важно знать: производительность вентилятора L пропорциональна частоте вращения n. Давление P, создаваемое вентилятором, пропорционально квадрату частоты вращения n2. Поскольку мощность N пропорциональна аэродинамическому произведению давления на производительность, то мощность N пропорциональна кубу частоты вращения вентилятора n3.

Под давлением понимается или статическое, или полное давление в зависимости от модели вентилятора. Если это — спиральный корпус, то можно говорить о полном или о статическом давлении. Если это — схема «свободное колесо», говорим о статическом давлении. Разницы между полным и статическим практически нет.

Аэродинамичесие характеристики
при различных показателях частоты вращения

На графике приведены: 

• производительность вентилятора
• шкала давления вентилятора

А также аэродинамические характеристики при различных показателях частоты вращения: 

• при уменьшении частоты вращения
• еще большем уменьшении
• и еще большем уменьшении частоты вращения. 

Характеристика сети при этом остается постоянной.

Параметры сети не меняются, меняется лишь аэродинамические характеристики вентилятора при изменении частоты вращения. Важно понимать, что линия максимума это КПД вентилятора.

При изменении частоты вращения рабочего колеса вентилятора его аэродинамическая характеристика, например, в сторону снижения оборотов снижается, также расходы давления снижаются. И наблюдается перемещение точки максимума КПД. При регуляции частоты вращения вентилятора n (когда характеристика сети квадратичная), то практически невозможно изменить рабочую точку вентилятора относительно максимума КПД.

При изменении расхода, но относительно максимума, точка находится пропорционально примерно в том же месте характеристики. Не стоит уповать на то, что при уменьшении частоты вращения,  улучшается КПД и происходит переход в другие точки характеристик КПД.

При неверном выборе режима работы вентилятора по КПД, в случае изменения частоты вращения n не наблюдается улучшение в целом. Отмечается тот же неизменный режим «плохого» КПД, если он изначально выбран неверно. Напомним,  что пример рассматривается в квадратичной характеристике сети.

В случае наличия теплообменника характеристика сети несколько отличается. Происходит небольшое смещение в сторону линейной, при этом будет меняться и КПД (незначительно). При неудачном выборе рабочей точки приходится применять метод дросселирования для перехода в точку максимума КПД. Затем можно отрегулировать частотным приводом. Или частотой вращения.

Регулировка частоты вращения вентилятора

Первый способ — использование шкивов-ремней. Фиксированные частоты вращения. При понимании, куда произойдет переход при изменении соотношения шкивов, тогда можно применять этот метод. Наиболее универсальный способ — использование асинхронного двигателя и частотного привода.

Происходит плавное регулирование частоты вращения n и можно очень аккуратно попасть в нужную точку по производительности. Но есть ряд нюансов. Необходимая частота вращения n, которую следует достигнуть, будет позволять работать. Поскольку из уравнения мощность N пропорциональна кубу частоты вращения n3, для каждого желаемого режима необходимо понимать, какие мощности будут потребляться вентилятором и возможно ли попасть в нужную рабочую точку с помощью изменения частоты вращения n. Касаемо асинхронного двигателя. 

Показана потребляемая аэродинамическая мощность Nа и КПД двигателя. Если потребляемая вентилятором мощность соответствует номинальной мощности двигателя, то КПД двигателя будет максимальный. КПД зависит от того, какой класс и типоразмер двигателя используется. Асинхронные двигатели обычно зависят от типоразмера: чем меньше типоразмер, тем больше скорость скольжения и тем ниже КПД двигателя.

Здесь показаны три характерные кривые. Если потребляемая аэродинамическая мощность Nа меньше установочной мощности Nном, наблюдается снижение КПД двигателя вне зависимости от его класса. Важно понимать при выборе двигателя его совместимость с частотным приводом.

Необходимо учитывать три фактора: 

• мощность двигателя
• ток
• температуру

Мощность: соответствует ли мощность рабочей точки при заданной частоте вращения потребляемой мощности вентилятора то есть мощность двигателя должна соответствовать. Ток: при разных условиях ток может быть разным. Температура двигателя: например, написано «1.1 киловатт на полутора тысячах оборотов в минуту». 

Если уйти вверх по частоте, обеспечив при заданной частоте 1.1 киловатт, могут возникнуть проблемы — надо смотреть, какие токи. Если идти вниз по частоте, и на заданной частоте ниже 1500 будет 1.1 киловатт, придется контролировать токи, потому что могут быть повышены показатели токов. И надо обязательно при регулировании вниз контролировать температуру двигателя, потому что может оказаться недостаточное охлаждение двигателя и двигатель начнет перегреваться.

Что делает частотный привод? 

Он преобразует, например, ток 220 вольт в три фазы. Подает импульсы, сглаживает, как может, приближает к синусу максимально, но это — импульсное питание с переменной частотой следования этих импульсов. Подается сигнал о двигателе, и управление таким образом производят с помощью амплитуды этих импульсов и частоты их следований.

Это — работа частотного привода с асинхронным двигателем. Есть еще так называемые BLDC-двигатели, бесконтактные двигатели постоянного тока. Там то же самое происходит: преобразование входного сигнала, например, 220 или 380 вольт переменного тока преобразует в постоянный и потом это преобразуется в импульсы и подают со сглаживанием на привод ротора двигателя.

Разница в КПД есть, но она небольшая. Например, у бесконтактного двигателя постоянного тока ротор (если это — обычный двигатель) сделан из постоянных магнитов. Поэтому вихревые токи и потери, несоизмеримые с асинхронным двигателем. Они существенно меньше и за счет этого происходит выигрыш КПД. Или, если используются синхронные двигатели,  у которых нет скольжения, у них более высокий КПД, с частотным приводом, можно получить очень хороший результат.

============================================

Чтобы не допустить критических ошибок и подобрать для вашего проекта наиболее эффективную модель вентилятора, обратитесь непосредственно к специалистам завода производителя. Например, в и инженерную службу компании “МВК” по тел +7 (495) 236-88-20