电风扇调速方法的探讨

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    目前国际能源短缺，节能将是整个风扇行业不可忽视的发展方向。而调速性能是风扇能效指标之一，如果调速性能不过关，那么节能就无从谈起。目前，风扇调速的方式有多种，常见的有抽头调速、电抗调速、电容调速及电子调速等，因此要取得较理想的调速效果及较高的节能效果，必须从调速原理和调速方式上入手进行分析。   
    随着人们生活水平的提高，空调渐渐普及，电风扇逐渐沦落到配角的地步。但其低价位、低能耗、多功能、移动方便及健康的特点将是推动风扇行业再次发展的重要因素，从目前的情况来看，只要不断推陈出新，风扇行业仍然存有相当的市场容量。
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    调速方法及原理
* ^" l. o6 F$ X1 `$ K  s$ z2 Q    电风扇的调速功能是电风扇的基本要求之一，也是节能的重要方式之一。电风扇的调速方法依其采用的电机而定。采用单相电容式电机和罩极式电机的电风扇采用抽头法、电抗法、电容法和电子法来调速。抽头调速、电抗调速和电容调速的基本原理都是通过改变绕组每伏匝数来调速即降低绕组电压从而减弱磁场强度来实现调速的。
* B& s" }2 S1 j( d% Q    抽头法用得较广泛，它的特点是耗电少，用料省，重量轻，但是绕线、嵌线、接线都比较复杂，使用范围受到一定的限制。抽头调速的电动机有主绕组、中间绕组和副绕组三种线圈。根据中间绕组的接线位置不同分为L型，T型，H型三种。L型分L1和L2 型。 L1型的中间绕组和主绕组嵌在同一个槽内，两绕组同相位，适用于电源电压为110伏的电动机。L2的中间绕组和副绕组嵌在同一个槽里，两绕组同相位，适用于220V电容式电动机。T型接法的中间绕组接在主副绕组连接点上，中间绕组和主绕组嵌在同一个槽内，同相位。H型接法直接从主绕组中间抽头，然后接电容器和副绕组。这种方法比L型优越，在高中低三档中电动机主绕组的上半部电流相位或下半部电流相位，与副绕组不一样，可以看作非对称的三相电动机，能改善启动性能和调速比。由于电容器接在主绕组中间点，所以在高速档时电容的电压也不会超过200伏，可用耐压较低，而容量较大的电容，从而可以降低成本。台扇、壁扇、落地扇采用抽头调速方式的较多，然而随着原材料价格的波动，造成风扇电机的绕组匝数不足，影响了低档位的绕组每伏匝数，导致调速比达不到要求。
+ |0 V! Y1 J% }" ]# t1 Y; B    电抗器调速法通过串入不同感抗值的电抗器从而改变绕组每伏匝数来调速，它的特点是各档速度调节容易，绕线简单，维修方便；缺点是不能随心所欲地调节。
) \: e5 R+ a9 c! S+ H! J    电容调速法是通过改变加在副绕组的电压相角关系间接改变主副绕组的电压实现控制电机绕组产生转矩的大小达到调速的目的，其中主绕组是恒压，副绕组是变量。电容调速器成本较低、重量轻、电磁噪声小，但使用寿命短且低转速档难启动。吊扇及顶扇由于受安装位置限制，因此基本采用电抗或电容调速器。
    电子调速器是利用可控硅的半导体原理制作而成，它通过改变加到双向可控硅控制极触发脉冲的占空比，来实现控制双向可控硅的导通时间，进而实现控制电机绕组得电产生转矩的时间长短，来控制、改变风扇转速的。它的特点是风速的大小调节不受限制，无档次，实现无极调速，但成本较高。
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8 F& k6 x* `) n+ {) M    方法的比较分析
    通过比较发现，电子调速方式相对其他调速方式具有无极调速且调速效果好的特点，是今后电风扇优先选择的调速方式，它由电源电路、无稳态多谐振荡器和控制执行电路组成，如图1所示。

    图1 电子调速电路原理图
: N3 k6 V# O5 P/ ~' o6 Z! X* c    电路中，电源电路由风扇电机、整流桥堆、发光二极管、限流电阻器、稳压二极管和滤波电容器组成；无稳态多谐振荡器由时基集成电路、电阻器、二极管、电位器和电容器组成；控制执行电路由晶闸管、发光二极管、整流桥堆和电阻器组成。无稳态多谐振荡器振荡工作后，由晶闸管的导通状态控制风扇电动机的运转。通过调节电位器的阻值，可以改变脉冲占空比的大小（调节范围为1%～99%），调节风扇电动机的运转速度，从而改变电风扇的风量大小。
$ a6 F3 |; p, G# t0 i0 \    同步转速为1500r/min的电风扇（吊扇除外）若采用抽头等传统的调速方式，其最高转速档的转速一般在1200r/min ～1400r/min之间，最低转速档的转速一般在700 r/min～1100r/min之间，即调速比一般在60%至80%范围内；吊扇的调速档位比其他风扇多，转速也较低，调速比一般在50%左右。而采用电子调速方式调速的风扇，其理想调节范围为1% ～99%，调速比可达1%，然而在较低转速启动时，由于启动电压低导致启动转矩小，因此风扇难以启动，所以风扇不宜在太低转速下启动。
    另外，当风扇转速低于500r/min时，风速V及风压差ΔP急剧减小，根据风扇风量的计算公式可以看出风扇的输出风量将锐减，也就失去了节能的意义，风扇的输出风量计算公式如下：
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! O8 X2 O5 v( V% g6 t; i    因此，调速比的最优选择不应是单纯的减小低档位的转速，要与其输出风量相联系，应当建立在相应能效值的基础上。另外，频率技术在电机能效方面的应用已经比较成熟了，如果电风扇引入变频技术来提高能效，其节能效果将十分明显。
    （作者单位：重庆市计量质量检测研究院）