Работа вентилятора на сеть с переменным сопротивлением

Федеральное государственное бюджетное 
образовательное учреждение высшего образования 
«Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана 
(национальный исследовательский университет)»
В.П. Леонов
Работа вентилятора на сеть
с переменным сопротивлением
Учебно-методическое пособие

УДК 621.56
ББК 31.392
 
Л47
Издание доступно в электронном виде по адресу
https://bmstu.press/catalog/item/6783/
Факультет «Энергомашиностроение»
Кафедра «Холодильная, криогенная техника, системы кондиционирования и жизнеобеспечения»
Рекомендовано Научно-методическим советом
МГТУ им. Н.Э. Баумана в качестве учебно-методического пособия
Леонов, В. П.
Работа вентилятора на сеть с переменным сопротивлением : 
Л47
учебно-методическое пособие / В. П. Леонов. – Москва : Издательство МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2020. – 17, [3] с. : ил.
ISBN 978-5-7038-5368-9
Представлена лабораторная работа по изучению работы центробежного вентилятора на сеть с переменным сопротивлением. Приведено 
описание центробежного вентилятора и лабораторного стенда. Дана методика выполнения испытаний и обработки экспериментальных данных.
Для студентов, изучающих дисциплину «Вентиляционные системы». 
 
 
УДК 621.56
 
ББК 31.392
 
© МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2020
© Оформление. Издательство
ISBN 978-5-7038-5368-9 
МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2020

Предисловие
Лабораторная работа по испытанию и определению основных 
параметров действующих образцов вентиляторов является обязательной частью программы изучения дисциплины «Вентиляционные системы» для студентов, обучающихся по направлению подготовки магистров 16.04.03 «Холодильная, криогенная техника и 
системы жизнеобеспечения».
Цель работы — практическое освоение методики проведения 
испытаний вентилятора, работающего на сеть. 
После изучения материала пособия и выполнения лабораторной работы студент приобретет умение творчески анализировать 
результаты, применять различные модели программного обеспечения для обработки данных. 
Полученные знания и навыки помогут лучше понимать диалектическую связь теоретических знаний и результатов испытаний, 
прогнозировать решения в своей профессиональной деятельности, 
проводить оценку различных вариантов решения поставленной 
задачи.

Введение
Вентилятор — центробежная компрессорная машина со степенью повышения давления не выше 1,15.
При подготовке к лабораторной работе студент должен ознакомиться с различными типами вентиляторов, сравнивая их основные показатели и области применения.
Испытания вентилятора проводят в целях получения его характеристик, согласования этих характеристик с характеристиками 

сети, проверки расчетных гарантийных параметров вентилятора, 

а также для получения его регулировочных характеристик. Результаты испытаний сверяются с паспортными данными вентилятора.
Лабораторная работа включает в себя: 
определение основных параметров вентилятора на различных 
режимах; 
построение характеристик вентилятора и пересчет характеристик для различных газов. 

Описание лабораторного стенда
Лабораторный стенд (рис. 1) предназначен для работы на режиме обеспечения постоянного расхода воздуха независимо от сопротивления вентиляционной сети. Лабораторный стенд включает 
в себя центробежный вентилятор (далее — вентилятор), заслонку 
и калиброванный диффузор (далее — диффузор).
Заслонка предназначена для имитации гидросопротивления системы, в которой работает вентилятор. Таким сопротивлением могут быть воздуховоды, фильтры, теплообменники.
Рис. 1.  Общий вид лабораторного стенда:
1 — заслонка; 2 — вентилятор
5

Заслонка имеет поворотные лопасти, управляемые вручную 
при проведении эксперимента.
К диффузору подключен датчик давления, который измеряет 
величину ∆pст,  т. е. разность статических давлений в пространстве 
перед вентилятором и в самом диффузоре. При ∆pст
const
=
 косвенным образом поддерживается постоянный расход воздуха Q.
Расчетная формула для Q имеет вид
Q
K
p
=
∆
ст 
, 
откуда
∆p
Q
K
ст =
2
2 ,
где K — фактор диффузора, который для данного диффузора равен 0,06028.
Вентилятор, конструкция которого представлена на рис. 2, 
 
с установленным датчиком давления позволяет на основе встроенного регулятора и программного обеспечения осуществить подачу требуемого расхода воздуха.
Рис. 2. Конструкция центробежного вентилятора
6

На рис. 3 показан диффузор для измерения статического давления в самом диффузоре.
Центробежный вентилятор снабжен асинхронным двигателем 
(АС-двигатель). В зависимости от исполнения АС-двигатель с короткозамкнутым ротором можно подключить к одно- или трехфазной сети 220 В или 380 В.
В лабораторной установке используется АС-двигатель (рис. 4). 
Это бесщеточный двигатель постоянного тока с постоянными магнитами в роторе и интегрированной электроникой коммутации.
Рис. 4. Общий вид конструкции 
АС-двигателя
Рис. 3. Общий вид диффузора
В АС-двигателе (рис. 5) используется принцип внешнего ротора 
(мотор — колесо), при котором ротор вращается вокруг расположенного внутри статора. Принцип 
внешнего ротора имеет следующие 
преимущества:
1) экономию места благодаря 
встроенному подшипнику и непосредственной установке в рабочее 
колесо;
Рис. 5. Принцип действия и 
устройство АС-двигателя:
1 – ротор с магнитами; 2 – статор; 
3 – датчик Холла; 4 – обмотка статора; 5 – постоянный магнит
7

2) малую нагрузку и точную балансировку подшипника с помощью жесткого соединения всех вращающихся частей;
3) повышенный срок службы благодаря расположению узла 
двигатель — рабочее колесо непосредственно в воздушном потоке.
Вследствие этого в роторе отсутствуют тепловые потери, которые характерны для короткозамкнутого ротора АС-двигателя. 

Изменение направления тока в обмотке статора, что вызывает изменение магнитного поля вокруг статора, осуществляется с помощью встроенного электронного блока коммутирования (коммутатора), принципиальная схема которого представлена на рис. 6. 
Рис. 6. Принципиальная схема электронного коммутатора:
1 – выпрямитель; 2 — дроссель промежуточного контура; 3 – промежуточный контур постоянного тока; 4 — конденсатор промежуточного контура; 5 — контроллер; 6 — обмотка стратора; 7 – датчик Холла; 

8 — ротор с магнитом; 9 – силовой каскад
На основе сигнала от датчика Холла контроллер коммутатора 
в каждый момент времени вычисляет и подает на обмотку статора 
полярность тока, которая необходима, чтобы обеспечить непрерывное вращение ротора.
При проведении лабораторной работы используется программное обеспечение, разработанное фирмой Ostberg.
Управление работой вентилятора осуществляется с монитора 
компьютера путем введения определенных команд.

Порядок выполнения лабораторной работы
1. Включите программу управления работой вентилятора, нажав на экране монитора специальный знак: 
На экране монитора появятся закладки управления работой вентилятора.
2. В закладке «Установки/Режим оперирования» выберите «Регулировка с помощью датчика» и «Сохранить заданное значение 
в EEPROM».
В закладке «Установки/Параметры регулирования» выберите 
значения «P-фактор – 50», «I-фактор – 3,125», «D-фактор – 0» и 
«Функция регулятора — Положительная (нагрев)».
В закладке «Установки/Выбор датчика» выберите «Датчик давления 0–500 Па».
3. В закладке «Вентилятор» в графе «Заданное давление» задайте значения гидросопротивления заслонки ∆pз, равное 50, тогда в 
графах «Актуальное значение» будут указаны действительные значения перепада статических давлений ∆pст  и частоты вращения n.
4. Откройте вручную поворотные лопасти заслонки полностью 
для создания минимального сопротивления сети.
Измерьте значение перепада статических давлений (статического напора) ∆pст  (Па) и определите действительное значение 
объемного расхода воздуха вентилятора Q (м3/с) по формуле
Q
p
= 0 06928
,
.
∆
ст 

9

5. По значениям Q и ∆pст,  используя рис. 7, постройте положение рабочей точки и определите ветвь характеристики, на которой работает вентилятор, и вид характеристики сети при различных значениях частоты вращения вентилятора n.
Рис. 7. Характеристики центробежного вентилятора 

при различных значениях n:
 
  — характеристики вентилятора; 
 
  — характеристики сети
6. По значениям экспериментальных данных для вентилятора, 
представленным в табл. 1, определите потребляемую мощность N, 
уровень звуковой мощности Lw  и КПД η.
7. Испытания повторите 3–4 раза для разных положений поворотных лопастей регулирующей заслонки, т. е. при различных 
сопротивлениях сети.
Результаты измерений, а также значения рассчитанных параметров запишите в табл. 2. 
10