Как известно, воздух в ванной всегда имеет повышенную влажность. Пары воды чаще всего удаляют с помощью вытяжного вентилятора, который устанавливается на отверстии вентиляционного короба. На рынке представлены специальные влагостойкие вентиляторы для ванной. Чем выше производительность вентилятора, тем быстрее удаляется влага, но и тем выше его шум.

Днем, когда наружный шум выше, шум вытяжного вентилятора неслышен. Тогда его желательно использовать в режиме полных оборотов, чтобы быстро снизить влажность воздуха. В вечернее же время работа вентилятора более заметна. В этом случае его можно перевести в режим пониженных оборотов.

В подобных вентиляторах используется асинхронный двигатель. Частота вращения асинхронного двигателя изменяется путем изменения частоты питающего напряжения. Существует простой способ снижения частоты вращения электродвигателя вентилятора. Этому способствуют два фактора: электродвигатель вентилятора потребляет относительно малую мощность и его механическая нагрузка постоянна. Обороты двигателя проще всего снизить путем понижения питающего напряжения, например, включением балластного реактивного элемента - конденсатора.

Для подбора балластного конденсатора нужно снять зависимость частоты вращения двигателя от питающего напряжения.

В качестве примера на рис. 1 приведена экспериментальная зависимость оборотов двигателя от питающего напряжения для вентилятора типа "Venis Turbo", мощностью 25 Вт и производительностью 250 м³/час. Зависимость снята до снижения оборотов в два раза. Обороты измерялись цифровым лазерным бесконтактным тахометром.

Рис. 1. Экспериментальная зависимость оборотов двигателя от питающего напряжения

В таблице даны экспериментальные данные зависимости n = f(U_пит). Зависимость аппроксимирована кубическим полиномом с использованием метода наименьшего квадрата.

Квадратическая и линейная аппроксимирующие функции дают большие погрешности. Это было установлено путем сравнения аппроксимации. Таким образом было установлено, что повышение степени полинома больше 3 не дает никакого преимущества.

Аналитическая аппроксимация имеет вид:

n = 2,3524 · 10^-3 · U³_пит - 1,5116 · U²_пит + 328,22 · U³_пит - 21512 [об/мин,В] (1)

Максимальное отклонение экспериментальных точек составляет 23 об/мин.

Аналитическая аппроксимация обратной функции имеет вид:

n = 6,8928 · 10^-8 · n³ - 3,5139 · 10^-4 · n² + 0,61694 · n - 21,37 [В,об/мин] (2)

Максимальное отклонение экспериментальных точек составляет 3,56 В.

По полученной зависимости определяем обороты n_ном при U_пит1 = 220 В и требуемую величину напряжения питания U_пит2 для получения n_ном/2. В конкретном случае результаты следующие: n_ном = 2584 об/мин (U_пит1= 220 В) и U_пит2 = 140 В для n_ном/2 = =1292 об/мин. Экспериментально, путем подбора балластных конденсаторов, определяем требуемую величину емкости по достижению требуемого напряжения на двигателе. В данном конкретном случае она составила 790 нФ. Данная величина получена путем параллельного соединения нескольких конденсаторов. Из-за разброса параметров двигателей номинал балластного конденсатора может незначительно корректироваться.

Необходимо обратить внимание на одну особенность. Электродвигатель имеет резистивноиндуктивный импеданс. Конденсатор совместно с обмотками двигателя образует последовательный колебательный контур.

На частоте резонанса этого контура возможно появление повышенных напряжений на электродвигателе и конденсаторе, зависящих от добротности контура. При этом возможен пробой конденсатора.

На рис. 2 приведена теоретическая зависимость напряжения питания электродвигателя от емкости конденсатора. При больших значениях емкости напряжение питания стремится к сетевому. При этом кривая круче в области до резонансной частоты. Эта зависимость подсказывает, что подбор емкости конденсатора нужно начинать от малых величин путем их медленного увеличения, а не наоборот!

Рис. 2. Зависимость питающего напряжения на вентиляторе от емкости балластного конденсатора

На рис. 3 приведена принципиальная схема управления вентилятора. Балластная конденсаторная группа C1*, разрядный резистор R1 и схема питания индикации работы на элементах C2, R2, R3, VD1-VD5 находятся внутри пластмассового корпуса вентилятора. Неоновая лампа красного цвета заменена синим светодиодом, лучше ассоциирующимся с воздушным потоком. Цепь R2 R3 C2 является токоограничительной. Мостовые выпрямители (VD1-VD4, VD6-VD9 и VD10-VD13) практически работают в режиме короткого замыкания, поэтому обратное напряжение непроводящих диодов практически отсуствует. Можно применять диоды с U_ОБР вплоть до 50 В.

Рис. 3. Схема управления и сигнализации вентилятора (нажмите для увеличения)

К вентилятору подключена 3-проводная питающая линия. Он управляется двумя переключателями SA1, SA2 на одной панели, с независимым механическим ходом каждой половины, переключатель SA1 только включает/выключает вентилятора, а переключатель SA2 определяет скорость вращения - 50% или 100%. Режим работы вентилятора индицируется синими светодиодами VD15 и VD16. Стабилитрон VD14 защищает диоды VD10...VD13 от пробоя при возможном обрыве проводов, соединяющих диоды VD15, VD16.

В режиме 50% оборотов двигатель питается через балластный конденсатор C1. Светодиод оптрона питается через резистор R5 и мост VD6-VD9. Фототранзистор оптрона шунтирует светодиод VD16, поэтому светится только светодиод VD15.

В режиме 100% оборотов двигатель питается непосредственно светодиод оптрона ток не течет, фототранзистор закрыт и оба светодиода VD15, VD16 светятся.

Все светодиоды можно питать и однополупериодными выпрямителями, но тогда появляется мерцание и интенсивность свечения ниже.

Для большей безопасности к переключателю SA1 подключен фазный проводник.

Автор: Георги Димитров