可変速ファンモーターカーブ:背景と影響

ブレット・C・ラミレス、ジェイ・D・ハーモン著、アイオワ州立大学 | 2022 年 12 月 6 日

冬に落ち着き始め、寒さはすぐには治らないと認識していますが、この記事は、可変速ファンを動作させるためにコントローラーで正しいモーター曲線を選択することの重要性とその影響について説明することを目的としています。 プロパンガスと電気代の高騰が生産者に迫っているため、高額な光熱費の主な原因の 1 つである不適切な換気率を再検討することが不可欠です。

換気は、冬の間に豚の飼育場所から失われる熱の 80% ～ 90% を占めます。 空気の交換は、湿度と有害ガスを減らして健康的な環境を提供するために重要です。 換気不足は不健康な環境を生み出し、換気過剰は貴重な暖房エネルギーを無駄にするため、適切なバランスを見つけることがエネルギー節約と効率の鍵となります。

ほとんどのコントローラーは、電圧を変更することでファンの速度を制御します。 可変周波数ドライブまたは電気整流モーターを使用する新しいテクノロジーは、アナログ電圧を使用してファン速度を変更するため、エネルギーの節約と管理の簡素化を実現できますが、この記事では、従来の可変速ファン制御に焦点を当てます。 よくある間違いは、コントローラーに表示されるパーセンテージが、ファンが供給する全空気流量のパーセンテージであると考えることです。 これはそうではありません。

コントローラーに表示されるパーセンテージは温度とともに線形に変化しますが、そのパーセンテージに関連する電圧とモーターの応答は線形ではありません。 コントローラーは、コントローラーに表示されるパーセンテージの読み取り値に応じて変化する電圧を生成します。)。 モーターはこの電圧を使用して、対応する RPM (速度) で動作します。 たとえば、70% に設定されたコントローラーの場合、電圧出力は 113 V (MC #1)、130 V (MC #2)、156 V (MC #4)、189 V (MC #5)、および 156 V (MC #6)。 この速度により、ファンが供給する空気流量 (CFM) が生成されます。 この対話はコントローラーを適切に管理するために重要ですが、複雑で簡単には理解できません。

理想的には、ファンによるフルスケール出力のパーセントは、コントローラーの可変速度読み取り値に応じてスムーズに (直線的に) 増加します。 コントローラーで適切なモーター曲線が選択されている場合、コントローラーの読み取り値の増加に応じて比較的直線的に増加します。 つまり、ファン出力 (CFM) は、ファンのファン速度 (rpm) とほぼ線形です。 ただし、この関係が始まる閾値ポイントがあります。 この点より下ではファンは回転しますが、空気は送られません。 モーター曲線は、モーターに供給される電圧とその結果生じる RPM の関係を説明するために使用されます。 モーター曲線はモーターのメーカーやサイズによって異なり、モーターごとに異なるモーター曲線もあります。 温度変化に応じて換気量をスムーズに増加させるには、コントローラーで正しいモーター曲線を選択することが不可欠です。

モーター曲線は、可変速ファンに関連付けられたコントローラーに入力されます。 通常、一度設定すると、ファンモーターを交換しない限り忘れられます。 間違ったモーター曲線を選択すると、可変速度ファンが単一速度ファンのように動作する可能性がある、必要な最小換気量に近づけることができず、換気不足または過剰換気が発生するなど、いくつかのマイナスの結果が発生する可能性があります。または、電圧が低いためにモーターが早期に焼損する可能性があります。 表 1 は、曲線に沿ったさまざまな点での特定のファンの増加を示しています。

最低電圧部分では、10 V 増加すると 538 cfm が増加します。 次の 10 V では流量が 471 cfm 増加します。 まだ大きな変化。 これは、99 ～ 230 V の合計増加の 85% が最初の 20 V であることを意味します。増加の最後の 111 ボルトでは、181 cfm の増加のみが生じます。 したがって、間違ったモーター曲線が選択された場合、コントローラーに表示されるパーセンテージがわずかに変化すると、ファン出力が非常に小さい、または非常に大きく変化する可能性があります。 どちらも不健康な環境や大量のエネルギーの浪費につながる可能性があります。

表 2 は、表 1 と同様の情報を示していますが、24 インチ ファンに関するもので、供給電圧、モーター速度、およびファン出力の最大値の対応するパーセンテージが示されています。 供給電圧の約 60% に達するまでは、供給電圧とモーター速度の間のより線形な応答が観察され、その後、供給電圧の小さな変化によりファン出力の大きな変化が生じます。

前述したように、最低換気量を設定する場合、換気不足は環境が悪くなる可能性があり、換気が過剰になるとエネルギーの無駄につながる可能性があります。 離乳期の牛舎で最小換気量を 10% 過剰に換気すると、プロパンの使用量が約 25% 増加する可能性があると推定されています。 40% の過剰換気は、これは特殊なことではないかもしれませんが、プロパンの使用量が 2 倍になる可能性があります。 もちろん、これは年によって、また豚を配置するタイミングや天候によっても異なりますが、多くの納屋では最低換気量が不適切に設定されており、過剰なエネルギー消費につながる可能性があります。 この原因の多くは、不適切な設定、不適切なモーター曲線、または不適切な最小ファン サイズによるものです。

50% のモーター速度は 50% のファン出力 (CFM) と等しくなく、50% の電源電圧は 50% のモーター速度 (RPM) またはファン出力 (CFM) と等しくないことを理解してください。 また、各モーターは供給電圧に独自に応答し、モーター曲線はコントローラーごとに異なります。 最小換気量と環境の間の正しいバランスを見つけることが、エネルギー利用と生産性を成功させる鍵となります。

ファンとモーターのデータについては、AP の Mark Oberreuter に感謝します。

出典: Brett C. Ramirez および Jay D. Harmon は、提供された情報に対して単独で責任を負い、情報を完全に所有します。 Informa Business Media およびそのすべての子会社は、この情報資産に含まれるコンテンツについては一切責任を負いません。

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