可変速遠心ブロワー: モーター、ドライブ、制御の選択ガイド

7.5 kW の遠心ブロワーは、排出ダンパーの後ろで 3,600 rpm でフル稼働しても、流量を 60% まで絞ってもシャフト出力の 85% 近くを消費します。ダンパーは余剰圧力を熱、騒音、振動に変換します。同じデューティポイントで速度制御を備えたダンパーを交換すると、電力需要は約 25% ～ 30% に低下します。この 1 つの数字が、ほぼすべてのプラントのエネルギー監査で可変速遠心ブロワーが登場する理由です。

結論を先に言うと、インペラだけで節約できることはほとんどありません。これらは、インペラ、モーター、ドライブ、および制御ループを 1 つのパッケージとして指定することに由来しています。これは、紙の上では一致していてもモーター側で一致していない可変速ブロワーは、1 年以内に過熱、振動、ハンチングが発生するためです。以下にその理由と、注文前に確認すべき事項をすべて説明します。

可変速遠心ブロワーとは何か

遠心送風機は、スクロールハウジング内のインペラを回転させることで空気を動かします。「可変速度」とは、単にダンパーや吸気ベーンを閉じる代わりに、インペラの回転数を変更することで空気流を調整することを意味します。次の 3 つの取り決めが市場を支配しています。

VFD と三相誘導モーター。 約 1 kW 以上の最も一般的なルート。 2 極モーターは 60 Hz で 3,600 rpm、50 Hz で 3,000 rpm で回転します。 4 極モーターは 1,800 または 1,500 rpm で回転します。実際のターンダウンは通常、定格速度の 30% ～ 50% です。
電子機器が統合された EC または BLDC モーター。 モーターとドライブは工場で適合されているため、あらゆる種類の構成エラーが排除されます。約 1 kW 未満の小型ブロワーで一般的です。
調整可能なプーリーを備えたベルトドライブ。 電子機器は一切ありません。速度は試運転時に手動で調整されるため、固定点で動作するシステムを微調整するのに役立ちます。

ダイレクトドライブにより、ベルトのスリップやベルトのメンテナンスが不要で、正確な速度を読み取ることができます。ベルトドライブは衝撃荷重を吸収し、小さなミスアライメントを許容し、プーリー比を変更することで動作点をシフトできます。どちらが自動的に優れているというわけではありません。選択はデューティサイクルに従います。これらのモーターがどのように巻かれ、冷却され、組み立てられるかについて復習したい場合は、この概要を参照してください。ブロワーモーターの構造基本をカバーします。

親和性の法則: エネルギーが実際にどこから来るのか

固定システムの場合、空気流は速度、静圧は速度の 2 乗、シャフト出力は速度の 3 乗に正比例して変化します。速度を半分にしてもパワーは半分になるのではなく、約 8 分の 1 に減ります。

表 1: 100% 定格速度にインデックス付けされた、低減されたインペラ速度での親和則の値。シャフト出力は速度の 3 乗に従うため、わずかな速度低下で大きな出力低下が生じます。
速度 (定格の%)	風量 (%)	静圧(%)	シャフトパワー(%)
100	100	100	100
90	90	81	73
80	80	64	51
70	70	49	34
60	60	36	22
50	50	25	13

図 1: 定速システム曲線のインペラ速度に対するシャフト出力。

実際のインスタレーションはキューブから逸脱します。システム抵抗、3% ～ 6% の駆動損失、負荷が約 50% を下回るときのモーター効率の低下、およびプロセスに必要な最小エアフローはすべて、曲線を平坦化します。ダクトの漏れや大型のインペラが症状を悪化させます。 3 乗の法則を予測ではなく、貯蓄の上限として扱います。

ドライブとモーターのオプションの比較

実際に使用できる速度範囲は、インペラだけでなくモーターとドライブにも大きく依存します。以下の表は、換気、冷却、およびプロセス空気負荷で最もよく見られる配置を比較しています。

表 2: 遠心送風機の速度制御構成の実際の比較 (それぞれが発生しやすい故障モードを含む)。
アレンジメント	実用速度域	部分負荷効率	一般的な使用方法	気をつけてください
誘導モーター付きVFD	100% から 30 ～ 50% に減少	高、マイナス 3 ～ 6% のドライブ損失	1kW以上、産業用および商業用	インバータ負荷絶縁、軸電流、高調波、モータケーブル長
統合ドライブを備えた EC または BLDC	100% から 20 ～ 30% に減少	小さいサイズで最高	小型ブロワ、コンパクトなパッケージユニット	現場での修理は限られています。通常は交換され、巻き戻されません
ベルトドライブ、アジャスタブルプーリー	100% から 60 ～ 70% に下げる、手動	ベルトの損失が 2 ～ 5% 減少	簡易換気、改造	手動調整のみ、ベルトの摩耗、調整
ダンパーまたはインレットベーンによる固定速度	100%のみ	部分負荷が苦手	アップグレードを待っているレガシーシステム	エネルギーは熱として浪費され、ノイズが増加し、真のターンダウンは行われません

ブロワーの存続を決定するモーターの詳細

定格電力とフレームサイズは仕様の簡単な部分です。これらは、10 年間稼働するブロワーと 18 か月ごとに取り外されるブロワーを区別する詳細です。

Variable Frequency speed small Blower motor YYK-60

可変周波数速度小型ブロワーモーター YYK-60 1. 小型、大風量出力可変周波数速度小ブロワモータ YYK-60 は小型です。高性能を備えた最適化されたボルテックスファンブレードです。製品を見る→

最低連続速度。 全閉外扇モーターは軸上のファンでモーター自体を冷却します。定格速度の約 30% ～ 40% を下回ると、ファンがフレーム全体に十分な空気を移動できなくなるため、負荷が低下しても巻線温度が上昇します。定格速度だけでなく、最低連続速度も尋ねてください。
絶縁クラスと温度上昇。 クラス B の温度上昇を伴うクラス F 絶縁は、一般的な工業ベースラインです。高温の天井の隙間や屋上のユニットでは、そのマージンが 8 月の巻き線を維持するのに役立ちます。
ベアリング。 実際のラジアル荷重で適切な L10 寿命を備え、適切に予圧されシールドされたボールベアリングは、入手可能な最も安価なオプションよりもはるかに優れた動作をします。スリーブベアリングは低速での連続運転に適していますが、決して空運転してはいけません。
シャフトと取り付けの公差。 インペラをシャフトに直接ボルトで固定する場合は、シャフト延長直径、キー溝サイズ、および表示された振れの合計が重要になります。過度の振れは、1 回転に 1 回の振動として現れ、バランス調整では修正できません。
インバータのデューティ定格。 VFD を駆動するモーターは、高速スイッチング用に設計された巻線絶縁、および大型フレームのベアリング電流軽減計画など、そのために評価される必要があります。

注文する前に、気流と静圧のデューティポイント、周囲温度、1,000 m を超える高度、および使用する制御モードの 4 つの数値をサプライヤーに送信してください。この 4 つのセットにより、試運転後に発生する不一致の問題のほとんどが防止されます。

試運転後に発生する問題

可変速ブロワーに関する現場での苦情のほとんどは、インペラの問題ではありません。これらは 5 つの根本原因に集中しており、そのうち機械的なものは 1 つだけです。

低速でのモーター冷却 - 30% 制御設定と最小 Hz - 22% 共振と振動 - 20% ベアリング潤滑 - 18% 配線、高調波、その他 - 10%

図 2: 可変速度ブロワーの設置に関して報告された典型的な試運転および初年度の問題の分布。

実際的な修正は地味なものです。ドライブを 15 Hz に向かって徐々に上昇させるのではなく、フロア周波数を設定します。共振ピークを生成する任意の速度付近でスキップバンドをプログラムします。 PID ループに現実的なランプ時間を与えて、ブロワーが小さな圧力のちらつきをすべて追跡しないようにします。モーターケーブルを短く保つか、そうでない場合は dv/dt フィルターまたは正弦フィルターを取り付けます。

用途: 冷却、換気、空気処理

気化冷却器と空気冷却器では、送風機と水循環ポンプが 1 つの役割を分担します。つまり、寝室やオフィスに十分な騒音を抑えながら、低静圧で大量の空気を移動させるというものです。夜間や穏やかな天候時にブロワーを低速で動作させると、電気代と騒音の両方が削減されます。そのため、可変周波数ドライブが大型クーラーユニットの標準となっています。

Frequency Conversion Air Cooler Motor YYK-250

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同じ論理が工業用空気清浄機と一般換気にも当てはまります。フィルターの負荷が増大し、システム抵抗が上昇し、固定速度の送風機が移動させる空気が減少するだけです。速度制御ユニットは、フィルターが目詰まりすると回転数を上げて空気の流れを安定させ、フィルターを交換すると低速に戻ります。これは単なるエネルギー上の利点ではなく、制御上の利点です。

乾燥・プロセスエア：低速でも安定したトルク

乾燥および冷却ラインでは、多くの場合、高いピークではなく、長いデューティサイクルにわたって適度で安定した空気流が必要です。ここでは、モーターは、暖かい筐体内で 40 Hz で数時間耐えられる熱マージンを備え、部分速度での連続動作用に選択されています。ドライブに適合した中圧ブロワーモーターにより、ラインオペレーターは 1 つのノブで気流を調整できるため、プロセスのオン/オフが切り替わらず、乾燥曲線内に留まります。

Cooling and drying Medium blower motor YYK-60

冷却乾燥中型ブロアモーター YYK-60 製品紹介: 製品を見る→

この種の任務では、2 つの仕様上の習慣が功を奏します。銘板の状態ではなく、最悪の環境に合わせてモーターのサイズを決定すること、および実際の速度範囲でのベアリングの潤滑間隔を確認することです。60 Hz では静かなモーターでも、ベアリングがわずかな場合は 35 Hz で鳴き声が発生する可能性があるためです。

よくある質問

どの遠心ブロワーも速度可変の恩恵を受けていますか?

いいえ。システムが本当に設計時点で 1 年中毎時間稼働するのであれば、高効率モーターを備えた適切なサイズの固定速度ブロワーを使用するのが、より安価で簡単な答えになる可能性があります。可変速度は、部分負荷運転、夜間のセットバック、フィルタの負荷、または季節的な天候の変化など、デューティポイントが移動しても効果を発揮します。

モーターに問題が発生する前に、ブロワーをどの程度低く運転できますか?

自冷TEFCモータの場合、定格回転数の30%～40%を作業床として計画し、その数値をモータ供給元にご確認ください。それ以下では、連続定格の低下を受け入れるか、強制換気を指定します。

既存のブロワーモーターにVFDを追加できますか?

時々。古いモーターにはインバーター負荷の絶縁が欠けている可能性があり、モーターケーブルが長いと電圧スパイクやベアリング電流が発生する可能性があります。通常のオプションは、dv/dt フィルター、sine フィルター、または単純にモーターをインバーター定格ユニットに置き換えることです。改修を開始する前に計算を行ってください。