電機弱磁節能控制在鼓風干燥箱上的應用研究

楊貴平

【摘 要】實驗室常用鼓風干燥箱多選用高效離心風機，其效率已經處于一個較高的水平上，難以采用一般的電機控制節能技術提高風機本身的效率。為此，在利用現有的變頻調速器來調節流量、風量的基礎上，根據風機特性曲線利用電機弱磁節能技術，實現比變頻器的節能提高2%～8%，較大幅度提高了鼓風干燥箱的節能效率。為電機弱磁節能控制技術在其它設備上的節能應用奠定了基礎。

【關鍵詞】弱磁節能；電機；鼓風干燥

目前研究最多的是采用變頻器調速技術，節電率為20%～50%。然而，風機已普遍采用高效離心風機，其最高效率已達到80%～85%，不可能再大幅度提高風機本身的效率。對此，本文在采用變頻調速器來調節流量、風量基礎上，利用電機的弱磁節能技術，比傳統的變頻節能更加節省2%～8%的能耗。對于不同運行特性的風機，變頻器優化出的U/F曲線上弱磁點的值也不一樣。為了達到弱磁節能控制的目的，對于不同的風機U/F曲線不應該采用定比例。當傳動單元在額定負載以下運行時，磁通優化能降低總能耗和電機的噪聲水平。

一、鼓風干燥箱風機的運行特性

目前風機已普遍采用高效離心風機，其最高效率已達到80%～85%，不可能再大幅度提高風機本身的效率。但實際風機運行的效率不高，其主要原因是：風機的調速性能差，沒有高效的調速設備；風機只能在工頻定速下運行；風機的運行偏離最高效率點。所以選擇高效風機，且運行點應在高效點上。同一臺風機在一定的轉速下，當風量和風壓改變時，其效率也隨之改變，但其中必有一個最高效率點，最高效率時的風量和風壓稱為最佳工況，風機在系統中工作時，它的風量和風壓盡可能等于或接近于最佳工況時的風量和風壓，才能達到較好的節能效果。風量與葉輪直徑的三次方成正比，風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。改變轉速的主要方法有改變皮帶輪直徑，在增加風機轉速時要注意核算風機葉輪的機械強度和電動機的功率是否超過允許值，改變后的風機的轉速一般要求不宜超過該類型號風機的額定最高速度，通過調整使風機特性曲線改變，達到改變實際工況點，調節風量的目的。

二、根據風機的特性曲線優化磁通

電機在負載轉矩不變的情況下，降低頻率使電機轉速下降，將導致輸出功率下降，而電機的輸入功率與頻率之間并無直接聯系。因此，頻率下降時將導致輸入功率與輸出功率之間的嚴重失衡，使傳遞能量的電磁功率和磁通相對大幅增加，電機的磁路嚴重飽和，勵磁電流的波形嚴重畸變，產生很大的尖峰電流。因此，變頻器必須在降低頻率的同時，相應地降低輸出電壓，才能維持輸入功率與輸出功率之間的平衡。當電機的運行頻率高于額定頻率時，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，電動機磁路內的磁通也因此而減小，處于弱磁運行狀態。因此，通常把轉折點稱為弱磁點（大致是基本頻率對應的點）。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是一個固定值，變頻器變的就是f，通過歐姆定律IΦ=U/Z，得知勵磁IΦ與電壓U，他們與定子阻抗z有關。一是常態下電壓U不變，當頻率f下降時感抗Xl也會下降，所以IΦ增大，產生磁飽和；二是頻率f下降時電壓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，要根據風機P-V曲線特性來計算；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。變頻器應根據風機的特性曲線選取，確定各點的弱磁量所形成的U/F曲線略高于風機特性曲線，這就是電機的磁通優化曲線。由于各廠家各型號的風機特性曲線不一樣，所以變頻器優化的U/F曲線的弱磁點的值也不一樣。所以U/F曲線不應該采用定比例，磁通優化能降低總能耗和電機的噪聲水平。幾乎所有變頻器在出廠時都把U/f線設計在具有一定補償量的情況下（U/f比大于1）。

最有效的節能措施是采用變頻調速器來調節流量、風量的基礎上，根據風機特性曲線利用電機弱磁技術實現比單純的變頻器的節能提高2%～8%，大幅度提高了鼓風干燥箱的節能效率。同時，為電機弱磁節能控制技術在其它設備上的應用奠定了基礎。

參 考 文 獻

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

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