电机弱磁节能控制在鼓风干燥箱上的应用研究

杨贵平

【摘 要】实验室常用鼓风干燥箱多选用高效离心风机，其效率已经处于一个较高的水平上，难以采用一般的电机控制节能技术提高风机本身的效率。为此，在利用现有的变频调速器来调节流量、风量的基础上，根据风机特性曲线利用电机弱磁节能技术，实现比变频器的节能提高2%～8%，较大幅度提高了鼓风干燥箱的节能效率。为电机弱磁节能控制技术在其它设备上的节能应用奠定了基础。

【关键词】弱磁节能；电机；鼓风干燥

目前研究最多的是采用变频器调速技术，节电率为20%～50%。然而，风机已普遍采用高效离心风机，其最高效率已达到80%～85%，不可能再大幅度提高风机本身的效率。对此，本文在采用变频调速器来调节流量、风量基础上，利用电机的弱磁节能技术，比传统的变频节能更加节省2%～8%的能耗。对于不同运行特性的风机，变频器优化出的U/F曲线上弱磁点的值也不一样。为了达到弱磁节能控制的目的，对于不同的风机U/F曲线不应该采用定比例。当传动单元在额定负载以下运行时，磁通优化能降低总能耗和电机的噪声水平。

一、鼓风干燥箱风机的运行特性

目前风机已普遍采用高效离心风机，其最高效率已达到80%～85%，不可能再大幅度提高风机本身的效率。但实际风机运行的效率不高，其主要原因是：风机的调速性能差，没有高效的调速设备；风机只能在工频定速下运行；风机的运行偏离最高效率点。所以选择高效风机，且运行点应在高效点上。同一台风机在一定的转速下，当风量和风压改变时，其效率也随之改变，但其中必有一个最高效率点，最高效率时的风量和风压称为最佳工况，风机在系统中工作时，它的风量和风压尽可能等于或接近于最佳工况时的风量和风压，才能达到较好的节能效果。风量与叶轮直径的三次方成正比，风压与叶轮直径的平方成正比，功率与其直径的五次方成正比。改变转速的主要方法有改变皮带轮直径，在增加风机转速时要注意核算风机叶轮的机械强度和电动机的功率是否超过允许值，改变后的风机的转速一般要求不宜超过该类型号风机的额定最高速度，通过调整使风机特性曲线改变，达到改变实际工况点，调节风量的目的。

二、根据风机的特性曲线优化磁通

电机在负载转矩不变的情况下，降低频率使电机转速下降，将导致输出功率下降，而电机的输入功率与频率之间并无直接联系。因此，频率下降时将导致输入功率与输出功率之间的严重失衡，使传递能量的电磁功率和磁通相对大幅增加，电机的磁路严重饱和，励磁电流的波形严重畸变，产生很大的尖峰电流。因此，变频器必须在降低频率的同时，相应地降低输出电压，才能维持输入功率与输出功率之间的平衡。当电机的运行频率高于额定频率时，变频器的输出电压不再能随频率的上升而上升，在这种情况下，由于U/f比将随频率的上升而下降，电动机磁路内的磁通也因此而减小，处于弱磁运行状态。因此，通常把转折点称为弱磁点（大致是基本频率对应的点）。通过公式阻抗Z=及感抗Xl=2πfL（感抗用X表示，电感用L表示，频率用f表示，电阻用R表示）中可以看出，2πL是一个固定值，变频器变的就是f，通过欧姆定律IΦ=U/Z，得知励磁IΦ与电压U，他们与定子阻抗z有关。一是常态下电压U不变，当频率f下降时感抗Xl也会下降，所以IΦ增大，产生磁饱和；二是频率f下降时电压U也下降，正常情况下U/F按比例下降，Φe是不变的；三是频率f下降时电压U也要下降，但是电压U的下降与频率f下降的比例不一样，电压U下降比频率f下降的频率要大。至于大多少，要根据风机P-V曲线特性来计算；四是由于电压U下降比频率f下降的比例多，使得Φe下降不恒定了，这就是弱磁。变频器应根据风机的特性曲线选取，确定各点的弱磁量所形成的U/F曲线略高于风机特性曲线，这就是电机的磁通优化曲线。由于各厂家各型号的风机特性曲线不一样，所以变频器优化的U/F曲线的弱磁点的值也不一样。所以U/F曲线不应该采用定比例，磁通优化能降低总能耗和电机的噪声水平。几乎所有变频器在出厂时都把U/f线设计在具有一定补偿量的情况下（U/f比大于1）。

最有效的节能措施是采用变频调速器来调节流量、风量的基础上，根据风机特性曲线利用电机弱磁技术实现比单纯的变频器的节能提高2%～8%，大幅度提高了鼓风干燥箱的节能效率。同时，为电机弱磁节能控制技术在其它设备上的应用奠定了基础。

参 考 文 献

[1]冷再兴，马志源.一种新的内置式永磁同步电机弱磁调速控制方法[J].微电机.2006，39（6）：11～14

[2]刘春光，臧克茂，马晓军.电传动装甲车辆用永磁同步电机的弱磁控制算法[J].微特电机.2007，30（4）：27～30