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電子換向?yàn)榻涣骱椭绷黠L(fēng)扇應(yīng)用提供更佳的節(jié)能效果

發(fā)布時間:2020-05-26 責(zé)任編輯:lina

【導(dǎo)讀】從計算機(jī) 系統(tǒng)、工業(yè)自動化到住宅和商業(yè)建筑,全世界各種能耗中有很大一部分是用于為風(fēng)扇供電以進(jìn)行冷卻和通風(fēng)。將常規(guī)的直流或交流供電電機(jī)更換成電子換向電機(jī),它們也可變得更安靜、更可靠,從而可提高效率并節(jié)省大量的電能。
 
將傳統(tǒng)的冷卻和通風(fēng)風(fēng)扇升級為電子換向等效產(chǎn)品,不僅可以提高效率,而且可以使運(yùn)行更安靜,更可靠。

從計算機(jī) 系統(tǒng)、工業(yè)自動化到住宅和商業(yè)建筑,全世界各種能耗中有很大一部分是用于為風(fēng)扇供電以進(jìn)行冷卻和通風(fēng)。將常規(guī)的直流或交流供電電機(jī)更換成電子換向電機(jī),它們也可變得更安靜、更可靠,從而可提高效率并節(jié)省大量的電能。

無刷直流 (BLDC ) 電機(jī)已在許多使用低壓直流風(fēng)扇的領(lǐng)域中取代了傳統(tǒng)的有刷電機(jī),例如冷卻電子部件。它們更高的效率帶來了諸多優(yōu)勢,其中包括提高了電器能效等級,并且可延長電池 供電的設(shè)備運(yùn)行時間。另外,沒有碳刷則消除了常見的缺點(diǎn),例如機(jī)械 磨損和電弧。此外,由于動力線圈位于轉(zhuǎn)子外部,可通過傳導(dǎo)進(jìn)行冷卻,從而使電機(jī)能夠保持密封性,以防止灰塵或其他污染 物進(jìn)入內(nèi)部??墒褂秒妷嚎刂疲ɡ绯R姷?-10V信號)或者使用由微控制器或電機(jī)驅(qū)動電路 生成的PWM信號,來調(diào)節(jié)風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速。

使用1-10V模擬控制,可通過熱敏電阻 電路輕松地隨著溫度的升高或降低,而增加或降低風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速。圖1顯示了負(fù)溫度系數(shù)(NTC)的熱敏電阻,如何確保所施加的電壓隨著,熱敏電阻的電阻隨溫度的升高,而線性增加,從而提高風(fēng)扇速度以增加冷卻能力。
 

電子換向?yàn)榻涣骱椭绷黠L(fēng)扇應(yīng)用提供更佳的節(jié)能效果
圖1. 使用NTC熱敏電阻進(jìn)行溫度相關(guān)的電壓控制。

或者,可將固定頻率的脈沖寬度調(diào)制(PWM)方波,應(yīng)用于風(fēng)扇轉(zhuǎn)速控制的導(dǎo)線(圖2)。風(fēng)扇轉(zhuǎn)速和,導(dǎo)通時間與PWM周期之比,成正比。

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圖2. 電子換向風(fēng)扇的簡單PWM控制。來源:Delta fans

電子換向風(fēng)扇助推交流應(yīng)用

作為傳統(tǒng)交流風(fēng)扇的替代品,集成了交流/直流轉(zhuǎn)換和電動馬達(dá) 驅(qū)動電路的電子換向風(fēng)扇,是一項相對較新的選擇。采用最新的電子技術(shù)和葉輪空氣動力學(xué)特性,Sunon的EBM-Papst和CF4113系列的K3G、R3G、ACI44和S3G系列的電子換向風(fēng)扇可實(shí)現(xiàn)高達(dá)90%的效率,而最好的50Hz交流風(fēng)扇效率只有70-80%。除了幫助降低公用事業(yè)成本并進(jìn)一步遵守生態(tài)設(shè)計法規(guī)(例如適用于額定功率從125W到500kW的所有應(yīng)用的歐盟ERP法規(guī))外,能耗的大幅度降低還降低了自發(fā)熱,從而有助于提高設(shè)備的可靠性。另一個優(yōu)點(diǎn)是,根據(jù)EBM-Papst發(fā)布的信息,在可比的空氣性能下,電子換向風(fēng)扇的噪聲通常約為交流風(fēng)扇的一半,并且在某些工作場所可降低至6dB的低噪音,從而為工作人員或居住場所創(chuàng)造了更舒適的環(huán)境。

通過集成電源轉(zhuǎn)換和電機(jī)控制電子設(shè)備(使設(shè)備直接連接到交流電源),電子換向風(fēng)扇簡化了設(shè)計并節(jié)省了空間。選擇電子換向風(fēng)扇的工程師們,可以設(shè)定數(shù)據(jù)表的效率將代表整個系統(tǒng)的效率。而無需考慮傳統(tǒng)交流風(fēng)扇必須附帶的外部電源和控制電子設(shè)備的額外影響。通常還內(nèi)置了基本保護(hù)功能、干擾抑制功能、軟啟動電路和通信端口。但電子換向風(fēng)扇的尺寸可與類似的交流風(fēng)扇相似或相同。此種物理兼容性可以輕松替換現(xiàn)有設(shè)備設(shè)計中的交流風(fēng)扇,因此升級到電子換向技術(shù)可以快速直接地進(jìn)行。

傳統(tǒng)的交流風(fēng)扇,以相對于交流電源頻率固定的轉(zhuǎn)子速度運(yùn)行。如果需要變速,則需要使用三端雙向可控硅 開關(guān) 以斬波輸入的交流波形(圖3)或使用逆變器 變頻驅(qū)動器(圖4)進(jìn)行相位控制。

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圖3. 相位控制會截斷交流波形,以改變提供給電機(jī)的功率。(一般圖形 ,來源:https://www.orientalmotor.com/images/ac-motors /torque-motor-voltage-control.jpg

更高效率,更低噪音

采用相位控制,隨著電機(jī)速度的降低,則電能效率會顯著地降低,但電子換向風(fēng)扇則在很寬的負(fù)載范圍內(nèi)以接近最高效率的轉(zhuǎn)速連續(xù)運(yùn)行。另一種選擇是逆變器驅(qū)動,這增加了系統(tǒng)的成本,并且還帶來了額外的電能損耗。而且,可能需要額外的保護(hù)以防止有害的軸電壓和相關(guān)的雜散電流 ,這些雜散電流會導(dǎo)致軸承腐蝕并產(chǎn)生早期的故障。

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圖4. 用于交流電機(jī)變頻控制的變頻驅(qū)動器。來源:http://www.ai rcareautomaTI on.com/data/arTI cle1.pdf

利用其內(nèi)置的電子控制器,電子換向風(fēng)扇允許使用簡單的模擬或PWM波形以與直流風(fēng)扇相同的方式控制風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速。電機(jī)速度與電源頻率無關(guān),并且不受交流電源電壓波動的影響。電子速度控制為產(chǎn)品開發(fā)人員提供了前所未有的靈活性,可以在應(yīng)用領(lǐng)域級上最大程度地節(jié)省電能,確保安靜運(yùn)行并創(chuàng)建諸如遠(yuǎn)程控制和監(jiān)視之類的額外增值功能。

EBM-Papst聲稱,在空調(diào) 冷凝器中,與傳統(tǒng)的相控交流電機(jī)在標(biāo)稱速度下相比,電子換向風(fēng)扇能耗降低了10%以上,而在其他工作點(diǎn)上則降低了50%。

例如,在空調(diào)或機(jī)械通風(fēng)應(yīng)用領(lǐng)域中,可能需要系統(tǒng)隨著氣流的變化在管道中保持恒定的壓力。相反,在過濾系統(tǒng)中,隨著工作壓力在過濾器服務(wù)間隔之間的變化,可能要求風(fēng)扇保持恒定的氣流。如果風(fēng)扇速度恒定,則使用阻尼系統(tǒng)來調(diào)節(jié)氣流,這有效地浪費(fèi)了一部分提供給風(fēng)扇的電能。通過響應(yīng)壓力傳感器 數(shù)據(jù)改變電子換向風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速,可以在任何給定時間內(nèi)調(diào)整氣流和壓力以滿足確切的要求,從而保持一致的性能并使能耗與系統(tǒng)需求相匹配,從而最大限度地提高效率并降低使用成本。

除了避免電能浪費(fèi)之外,降低風(fēng)扇轉(zhuǎn)速還可以減少來自電機(jī)和空氣運(yùn)動的噪聲。
以恒定的電機(jī)速度改變氣流的另一種方法是開關(guān)多電機(jī)陣列。冷凝器可能有四個以恒定速度運(yùn)行的交流風(fēng)扇。關(guān)閉兩個風(fēng)扇可將氣流減少50%,同時還降低50%的能耗。噪音降低約3dB。相比,當(dāng)速度降低到50%氣流時,可比的四個電子換向風(fēng)扇陣列消耗的電能不到最高能耗的三分之一,而噪音降低了15dB。

結(jié)論
最大限度地提高冷卻和通風(fēng)系統(tǒng)中使用的風(fēng)扇的效率,可顯著降低整體的能耗。有效利用設(shè)備外殼內(nèi)部的空間和降低可聽見噪聲,是采用改進(jìn)冷卻風(fēng)扇技術(shù)可獲得另外兩大潛在優(yōu)勢。電子換向(EC)風(fēng)扇可以實(shí)現(xiàn)這些目標(biāo),并在外形不超過可比的常規(guī)交流電機(jī)的外形下,結(jié)合了交流和直流電機(jī)的優(yōu)點(diǎn)。
 
(來源:電子發(fā)燒友)
 
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