Kurven von Ventilatormotoren mit variabler Drehzahl: Hintergrund und Auswirkungen

Von Brett C. Ramirez und Jay D. Harmon, Iowa State University | 06. Dez. 2022

Während wir uns auf den Winter einstellen und feststellen, dass das kalte Wetter so schnell nicht verschwinden wird, soll in diesem Artikel die Bedeutung und Auswirkung der Auswahl der richtigen Motorkurve in Ihrer Steuerung für den Betrieb von Ventilatoren mit variabler Drehzahl erörtert werden. Angesichts der drohenden hohen Propan- und Stromkosten für die Hersteller ist es unbedingt erforderlich, sich erneut mit einem der Hauptverursacher einer teuren Energierechnung auseinanderzusetzen – der falschen Belüftungsrate.

Die Belüftung ist für 80 bis 90 Prozent des Wärmeverlusts im Schweinestall im Winter verantwortlich. Der Luftaustausch ist entscheidend für die Schaffung einer gesunden Umwelt, indem er Feuchtigkeit und schädliche Gase reduziert. Da unzureichende Belüftung eine ungesunde Umgebung schafft und übermäßige Belüftung wertvolle Heizenergie verschwendet, ist die richtige Balance der Schlüssel zu Energieeinsparungen und Effizienz.

Die meisten Controller steuern die Lüftergeschwindigkeit durch Änderung der Spannung. Neuere Technologien mit Frequenzumrichtern oder elektrisch kommutierten Motoren ändern die Lüftergeschwindigkeit mithilfe einer analogen Spannung, was zu Energieeinsparungen und einer einfacheren Verwaltung führen kann. In diesem Artikel konzentrieren wir uns jedoch auf die herkömmliche Lüftersteuerung mit variabler Geschwindigkeit. Ein häufiger Fehler besteht darin, zu glauben, dass die Prozentanzeige auf dem Controller den Prozentsatz des vollen Luftstroms angibt, den der Ventilator liefern wird. Das ist nicht der Fall.

Der auf dem Controller angezeigte Prozentsatz ändert sich zwar linear mit der Temperatur, aber die diesem Prozentsatz zugeordnete Spannung und die Reaktion des Motors sind nicht linear. Der Controller erzeugt eine Spannung, die sich mit der auf dem Controller angezeigten Prozentanzeige ändert. Der Motor nutzt diese Spannung, um mit der entsprechenden Drehzahl (Drehzahl) zu arbeiten. Wenn der Regler beispielsweise auf 70 % eingestellt ist, beträgt der Spannungsausgang 113 V (MC #1), 130 V (MC #2), 156 V (MC #4), 189 V (MC #5) und 156 V (MC). #6). Diese Geschwindigkeit erzeugt einen Luftdurchsatz (CFM), den der Ventilator liefern wird. Diese Interaktion ist für die ordnungsgemäße Controller-Verwaltung wichtig, jedoch komplex und nicht leicht zu verstehen.

Im Idealfall würde der Prozentsatz der Gesamtleistung eines Lüfters gleichmäßig (linear) mit der variablen Geschwindigkeitsanzeige auf Ihrem Controller ansteigen. Wenn in einem Controller die richtige Motorkurve ausgewählt wird, erfolgt ein relativ linearer Anstieg mit einer Erhöhung der Anzeige im Controller. Das heißt, die Lüfterleistung (CFM) ist bei Lüftern nahezu linear mit der Lüftergeschwindigkeit (U/min). Es gibt jedoch einen Schwellenpunkt, an dem diese Beziehung beginnt. Unterhalb dieses Punktes dreht sich der Ventilator, liefert aber keine Luft. Motorkurven werden verwendet, um die Beziehung zwischen der dem Motor zugeführten Spannung und der daraus resultierenden Drehzahl zu beschreiben. Die Motorkurven variieren je nach Motormarke und -größe und es gibt auch unterschiedliche Motorkurven für verschiedene Motoren. Es ist unbedingt erforderlich, dass in der Steuerung die richtige Motorkurve ausgewählt wird, damit die Lüftungsrate bei Temperaturänderungen gleichmäßig ansteigt.

Motorkurven werden in eine Steuerung eingegeben, die mit Ventilatoren mit variabler Drehzahl verbunden ist. Normalerweise wird es einmal eingestellt und dann vergessen, es sei denn, der Lüftermotor wird ausgetauscht. Wenn die falsche Motorkurve ausgewählt wird, können einige negative Folgen auftreten, z. B. könnte ein Ventilator mit variabler Geschwindigkeit wie ein Ventilator mit einfacher Geschwindigkeit funktionieren, es könnte unmöglich sein, annähernd die erforderliche Mindestbelüftungsrate zu erreichen, was zu Unter- oder Überbelüftung führt, und /oder der Motor könnte aufgrund der Unterspannung vorzeitig durchbrennen. Tabelle 1 zeigt die Anstiege für einen bestimmten Lüfter an verschiedenen Punkten seiner Kurve.

Im niedrigsten Spannungsbereich führt eine Erhöhung um 10 V zu einer Erhöhung um 538 cfm. Die nächsten 10 V erhöhen die Durchflussrate um 471 cfm; immer noch eine große Veränderung. Das bedeutet, dass 85 % des Gesamtanstiegs zwischen 99 und 230 V in den ersten 20 V liegen. Die letzten 111 Volt des Anstiegs ergeben lediglich einen Anstieg von 181 cfm. Wenn also die falsche Motorkurve ausgewählt wird, können kleine Änderungen des auf dem Controller angezeigten Prozentsatzes zu sehr kleinen oder sehr großen Änderungen der Lüfterleistung führen. Beides führt möglicherweise zu einer ungesunden Umwelt oder zu massiver Energieverschwendung.

Tabelle 2 zeigt ähnliche Informationen wie Tabelle 1, jedoch für einen 24-Zoll-Lüfter mit entsprechendem Prozentsatz des Maximums für Versorgungsspannung, Motorgeschwindigkeit und Lüfterleistung. Eine viel linearere Reaktion zwischen Versorgungsspannung und Motorgeschwindigkeit ist zu beobachten, bis etwa 60 % der Versorgungsspannung erreicht sind. Dann führen kleine Änderungen der Versorgungsspannung zu größeren Änderungen der Lüfterleistung.

Wie bereits erwähnt, kann bei der Einstellung einer Mindestlüftung eine unzureichende Belüftung zu einer schlechten Umgebung und eine übermäßige Belüftung zu Energieverschwendung führen. Es wird geschätzt, dass eine Überlüftung der Mindestlüftung in einem Absetzstall um 10 % zu einem etwa 25 % höheren Propanverbrauch führen kann. Eine Überlüftung um 40 %, was nicht untypisch ist, kann den Propanverbrauch verdoppeln. Dies variiert natürlich je nach Jahr und hängt auch vom Zeitpunkt der Schweinehaltung und dem Wetter ab, aber in vielen Ställen sind die Mindestbelüftungsraten falsch eingestellt, was zu übermäßigen Energieausgaben führen kann. Ein Großteil davon ist auf falsche Einstellungen, falsche Motorkurven oder falsche Mindestlüftergrößen zurückzuführen.

Beachten Sie, dass 50 % der Motordrehzahl nicht 50 % der Lüfterleistung (CFM) und 50 % der Versorgungsspannung nicht 50 % der Motordrehzahl (RPM) oder Lüfterleistung (CFM) entsprechen. Außerdem reagiert jeder Motor anders auf die Versorgungsspannung und die Motorkurven sind für jeden Controller unterschiedlich. Das Finden des richtigen Gleichgewichts zwischen minimaler Belüftungsrate und der Umgebung ist der Schlüssel für eine erfolgreiche Energienutzung und Produktivität.

Besonderer Dank geht an Mark Oberreuter von AP für die Lüfter- und Motordaten.

Quelle: Brett C. Ramirez und Jay D. Harmon, die allein für die bereitgestellten Informationen verantwortlich sind und die alleinigen Eigentümer der Informationen sind. Informa Business Media und alle seine Tochtergesellschaften sind nicht für den in dieser Informationsquelle enthaltenen Inhalt verantwortlich.

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