Содержание

EC-вентиляторы — инновации для энергосбережения | Aclima – дистрибьютор климатического оборудования в Украине

ЕС-мотор – это бесколлекторный двигатель постоянного тока со встроенными в ротор постоянными магнитами и электронной коммутацией

EC-мотор = электродвигатель с электронной коммутацией

ЕС-мотор – это бесколлекторный двигатель постоянного тока со встроенными в ротор постоянными магнитами и электронной коммутацией. Электронно-коммутируемый мотор (Electronically Commutated) представляет собой бесщеточный двигатель, принцип работы которого аналогичен организации работы двигателя постоянного тока.

 

Принцип работы ЕС-двигателя

Плавность и точность регулирования скорости EC-двигателя (EC-motor) обеспечивается встроенной коммутационной электроникой — контроллером. Магнитное поле, создаваемое встроенными в ротор постоянными магнитами, реагирует на изменение вектора магнитного поля через изменение направления тока в обмотке статора.

С целью наиболее точного регулирования скорости вращения ротора контроллер постоянно вычисляет и подает на обмотку статора ток нужной полярности. Двигатель очень чутко реагирует на изменение управляющих сигналов (токовых 4–20 мА или потенциальных 0–10В) и обеспечивает вращения ротора  с заданной скоростью и с наименьшими энергозатратами. 

Подключение осуществляется непосредственно к источнику постоянного напряжения, или через модуль коммутации — к источнику переменного тока (220В, 380В). Через шины или приборный интерфейс возможно управление группами вентиляторов через ПК или КПК.

Вентиляторы, созданные на базе EC-двигателей, принято называть EC-вентиляторами. Точно реагируя на управляющие сигналы, ЕС-вентилятор плавно изменяет скорость вращения и обеспечивает подачу необходимого в данный момент количества воздуха.

Электронно-коммутируемые ЕС-двигатели на сегодня — наиболее перспективное и энергосберегающее решение для применения в различных системах отопления, вентиляции и кондиционирования.

ЕС-двигатели характеризуются высокой производительностью и оптимальным управлением во всем диапазоне скоростей вращения.

EC-вентиляторы — это интеллектуальная техника! Она отличается оптимальным управлением двигателями, высокой производительностью благодаря встроенной управляющей электронике.

 

Что может ЕС-вентилятор?

ЕС-вентиляторы отличаются экономным использованием энергии и превосходными возможностями управления.

Приводимые в действие энергосберегающими моторами, ЕС-вентиляторы имеют электронное управление (блок коммутации), которое всегда настраивается на оптимальный режим. Благодаря этому принципу, такие моторы работают синхронно, не имеют проскальзывания и, следовательно, не имеют из-за него потерь. Это означает, что эффективность энергопотребления у EC-двигателей выше, чем у AC-вентиляторов.

Благодаря встроенной управляющей электронике, ЕС-моторы могут плавно регулировать число оборотов и гибко адаптироваться под изменение необходимого количества воздуха, сохраняя при этом высокий КПД. Поэтому, при одинаковой производительности по количеству воздуха, они потребляют значительно меньше энергии, чем AC-приводы переменного тока.

Еще одной особенностью ЕС-моторов является энергосберегающий потенциал не только при работе с полной нагрузкой, но, прежде всего, в режиме частичной нагрузки. В диапазоне частичной нагрузки они теряют гораздо меньше эффективности (КПД), чем асинхронные двигатели аналогичной мощности.

Еще одним экологическим аспектом, связанным с воздухообрабатывающими системами и кондиционерами, является уровень шума. Здесь ЕС-моторы также демонстрируют преимущество, поскольку они создают меньше шума в процессе работы.

Преимущества EC-вентиляторов

Высокий потенциал для энергосбережения

  • экономное энергопотребление, гибкое регулирование, улучшенные характеристики аэродинамики рабочего колеса вентилятора с прямым приводом

Встроенная электронная система управления мотором

  • наличие возможностей для настройки скорости, управления, контроля, сети
  • отсутствие пиковых пусковых токовых нагрузок, в отличие от AC-двигателей
  • более высокий КПД (до 90%), меньшие теплопотери.
  • компактный мотор/отсутствие внешних устройств, например, преобразователей частоты и трансформаторов
  • меньший расход кабеля/требуется меньше места в распределительном шкафу.
  • интегрированные ЭМС и сетевой фильтр
  • адаптация производительности вентилятора в зависимости от условий его применения благодаря встроенным функциям управления и регулировки вентиляторов (постоянное давление или постоянный объем)

Не требуют ТО и долговечны

  • использование встроенных стандартных элементов (силовых модулей)
  • повышенная надежность благодаря меньшему количеству компонентов

Низкий уровень шума и вибрации

  • более компактная конструкция двигателя и крыльчатки вентилятора, меньше занимаемого пространства, лучше направленный поток воздуха, лучше теплосъем, меньше потерь давления и меньше уровень шума
  • шум от мотора в режиме частичной нагрузки практически отсутствует

Универсальность использования ЕС-двигателей

  • возможна эксплуатация в сетях 50 и 60 Гц по всему миру
  • более широкий диапазон напряжения (1~200 … 277 В AC или 3 ~380 …480 В AC)
  • исполнение, не зависящее от числа подключений

Энергоэффективность

  • процент фактически используемой энергии во много раз выше, чем у двигателей переменного тока.

Компактный дизайн

  • управляющая электроника уже встроена и поэтому незаметна.

Пример: габариты ПВУ с EC-вентилятором намного компактнее и требуют для размещения гораздо меньше монтажного пространства.

EC-двигатель вентиляторов EBM-papst

ЕС-двигатель –
это бесколлекторный синхронный двигатель со встроенным электронным
управлением, или, более кратко, электронно-коммутируемый
(Electronically Commutated) двигатель. Его
иногда также называют BLDC-двигателем (Brushless
DC motor), то есть бесщеточным двигателем постоянного тока.
Вентиляторы, построенные на базе данного двигателя, называются
ЕС-вентиляторами.

ЕС-двигатель
имеет внешний ротор, в котором располагаются сегменты
с постоянными магнитами. Управление вращением ротора
ЕС-двигателя осуществляется за счет контролируемой подачи
электроэнергии на обмотку статора в зависимости
от положения ротора, которое отслеживается при помощи датчиков
Холла, а также заданных параметров регулирования, поступающих,
например, от внешних датчиков соответствующего типа
в виде токовых (4–20 мА) или потенциальных
(0–10 В) сигналов. При этом встроенный PID-регулятор
позволяет, наряду с пропорциональным управлением,
устанавливать скорость реагирования двигателя на изменение
управляющего сигнала в зависимости от его
дифференциальных и интегральных показателей.

EC-вентилятор EBMpapst с технологией GreenTech

Электронно-коммутируемый вентилятор с плавной регулировкой оборотов, произведен в Германии. Отличается низким уровнем шума и практически неслышен на малых скоростях.

Сердце GreenTech бьется в энергосберегающей электронно-коммутируемой технологии ebm-papst (GreenTech ЕС technology). Чем меньше расходуется энергии, тем ниже затраты на электричество. Но это — только начало, электронно-коммутируемая GreenTech технология (GreenTech ЕС technology) означает также, что двигателями и вентиляторами можно управлять, они отрегулированы таким образом, что всегда соответствуют необходимым эксплуатационным требованиям. И это имеет огромное значение, поскольку нет ничего более экономичного, чем, к примеру, изделие, которое имеет функцию самоотключения, когда в этом есть необходимость.

Следующее преимущество электроники – бесщёточное коммутирование. Это позволяет электронно-коммутируемым GreenTech двигателям и вентиляторам работать абсолютно без износа, практически бесшумно, не теряя в производительности и имея более долгий срок службы.

Таким образом, благодаря технологии GreenTech день за днем уменьшаются расходы на электроэнергию, и в то же самое время, длительный срок службы позволяет снижать издержки на материалы и обслуживание.

Инновационная технология электродвигателей

Наши двигатели с внешним ротором давно известны среди специалистов – тихие, мощные и постоянно совершенствуемые, они сделали нас лидером мирового рынка. Благодаря замечательному интеграционному потенциалу они идеально подходят для самых разнообразных сфер применения. Дополнив эти решения электродвигателями с внутренним ротором для динамичных сфер применения и особо агрессивных химических сред, мы смогли получить самую широкую номенклатуру вентиляторов и двигателей в мире.

Интеллектуальная электроника

— «мозг» любого современного системного решения. Использование электроники в качестве управляющего элемента позволяет получить идеальное сочетание приводных систем и аэродинамики, идеально приспосабливая каждое решение к конкретной области применения – с ручным управлением или в составе автоматической системы. В результате получается высококачественная конечная продукция из единого источника для любой области: от узкоспециализированных систем охлаждения электроники до энергосберегающих отопительных комплексов.

Аэродинамика, которая «думает» вместе с вами

Оптимальная форма имеет важное значение, для осевых вентиляторов, центробежных вентиляторов в корпусе и без корпуса, компактных и тангенциальных вентиляторов. Поэтому мы всегда проектируем лопасти, крыльчатки и канальные корпуса вентиляторов с учетом особенностей конкретного применения в определенной среде. Только так нам удается достичь максимально возможной эффективности при минимально возможном уровне шума. Для этого мы в совершенстве изучили аэродинамику.

Принцип работы

ЕС-двигателя основан
на том, что в поле, создаваемом встроенными
в ротор постоянными магнитами, осуществляется управление
вектором магнитного поля путем изменения направления тока
в обмотке статора. В каждый момент времени контроллер
вычисляет и подает на обмотку статора полярность
тока, которая необходима для того, чтобы обеспечить непрерывное
вращение ротора с заданной скоростью.

EC-двигатели
возможно подключать к постоянному источнику напряжения
согласно параметрам или через встроенный коммутационный модуль
непосредственно к сети переменного тока (220 В,
380 В). С использованием стандартного приборного
интерфейса RS 485 или специальной шины ebm BUS обеспечена
возможность управления вентилятором (либо группой вентиляторов
до 31 шт. в каждой) при помощи ПК или КПК.
Количество групп вентиляторов в интегрированной системе
управления может достигать 256. Возможно также использование технологии
Bluetooth. Предусмотрена выдача тревожных и аварийных
сигналов, а также обеспечение мониторинга работы системы.

что, где, почему и зачем. Сравнение КПД
различных типов электро
двигателей

Энергоэффективность оборудования во многом зависит от энергоэффективности использованных в нем компонентов и технических решений. В последнее время стало популярным применение в компрессорах, насосах и вентиляторах двигателей с переменной скоростью вращения.

Повышение эффективности за счет оптимизации используемых компонентов

Наряду с высокоэффективными индукционными двигателями широкое распространение в настоящее время получают двигатели с роторами на постоянных магнитах, обладающие высоким коэффициентом полезного действия. Использующие данную технологию двигатели широко известны в отрасли систем вентиляции и кондиционирования как электронно-коммутируемые двигатели (EC). Как правило, EC-двигатели используются в вентиляторах с внешним ротором.

Чтобы использовать EC-технологию в различных отраслях, компания Danfoss усовершенствовала проверенный временем алгоритм VVC+ и оптимизировала его для работы с синхронными двигателями с возбуждением от постоянных магнитов. КПД двигателей данного типа, которые часто сокращенно называют двигателями на постоянных магнитах (PM), сравним с КПД EC-двигателей. При этом конструкция PM-двигателей соответствует стандартам IEC
, что позволяет легко интегрировать их как в новые, так и в существующие системы и значительно упрощает ввод двигателей в эксплуатацию.

Технология Danfoss EC+ позволяет использовать PM-двигатели, соответствующие стандартам IEC
, совместно с частотными преобразователями Danfoss VLT
.

Стандарты энергоэффективности

Повышение эффективности работы системы является простым способом сокращения ее энергопотребления. По этой причине Евросоюз утвердил минимальные стандарты энергоэффективности для ряда технических устройств. Так, для трехфазных индукционных двигателей введен стандарт минимальной энергетической эффективности (MEPS
) (см. табл.).

Таблица. Стандарты MEPS
для электродвигателей

Однако для достижения максимальной энергоэффективности необходимо уделять внимание производительности системы в целом. К примеру, частое выполнение циклов «пуск/остановка» на двигателях класса IE2 приводит к росту энергопотребления, который сводит к нулю экономию, достигаемую в штатном режиме функционирования.

Особое внимание также необходимо уделять вентиляторам и насосам. Использование преобразователя частоты совместно с устройствами данного типа позволяет добиться более высокой эффективности. Таким образом, определяющим фактором является общая производительность системы, а не производительность отдельных компонентов. В соответствии с VDI
DIN
6014 КПД системы определяется как произведение КПД ее составных частей:

КПДсистемы = КПДпреобразователя × КПДдвигателя × КПДсоединения × КПДвентилятора.

В качестве примера можно рассмотреть КПД центробежного вентилятора с внешним ротором, используемого совместно с EC-двигателем. Для достижения компактного размера системы двигатель частично находится внутри рабочего колеса вентилятора. Подобная схема снижает производительность вентилятора и эффективность системы в целом. Таким образом, высокая эффективность двигателя вовсе не гарантирует высокую эффективность всей системы (рис. 1).

Рис. 1. КПД различных систем, использующих центробежный вентилятор диаметром 450 мм. КПД двигателей определен в ходе измерений. КПД вентиляторов получен из каталогов производителей

Принцип работы EC-двигателя

В отрасли систем вентиляции и кондиционирования под EC-двигателем, как правило, понимают особый тип двигателя, обладающий компактным размером и высоким КПД. EC-двигатели работают на основе принципа электронной коммутации вместо традиционной коммутации с использованием щеток, характерной для двигателей постоянного тока. Производители EC-двигателей заменяют обмотку ротора постоянными магнитами. Магниты позволяют повысить эффективность, а электронная коммутация устраняет проблему механического износа щеток. Поскольку принцип работы EC-двигателя аналогичен принципу работы двигателя постоянного тока, такие двигатели часто называют бесколлекторными двигателями постоянного тока (BLDC
).

Двигатели данного класса обычно имеют мощность до нескольких сот ватт. В отрасли систем вентиляции и кондиционирования они чаще всего применяются в виде внешних роторных двигателей и используются в широком диапазоне мощности. Мощность некоторых устройств может достигать 6 кВт.

Рис. 2. Различные типы двигателей

Благодаря встроенным постоянным магнитам двигатели с возбуждением от постоянных магнитов не требуют для возбуждения отдельной обмотки. Однако для работы им необходим электронный контроллер, который генерирует вращающееся поле. Подключение напрямую к линии электропитания, как правило, невозможно или приводит к снижению КПД. Для управления двигателем контроллер (преобразователь частоты) должен уметь определять текущее состояние ротора в любой момент времени. Для этой цели используются два различных метода, один из которых использует обратную связь со стороны датчика для определения текущей позиции ротора, а другой ее не использует.

Рис. 3. Сравнение различных видов коммутации

Отличительной особенностью двигателя с возбуждением от постоянных магнитов является характер обратной электродвижущей силы (ЭДС). В режиме генератора двигатель вырабатывает напряжение, которое называется обратной ЭДС. Для оптимального управления двигателем контроллер должен обеспечивать максимальное соответствие формы сигнала входного напряжения форме сигнала обратной ЭДС. Производители бесколлекторных двигателей постоянного тока используют для этой цели коммутацию по прямо­угольному импульсу (рис. 3).

PM-двигатели в качестве альтернативы EC-двигателям

Каждый тип двигателя на постоянных магнитах обладает своими преимуществами и недостатками. PM-двигатели с синусоидальной коммутацией проще в структурном плане, но им требуется более сложная схема управления. В случае EC-двигателей ситуация диаметрально противоположная: создание прямоугольного сигнала обратной ЭДС является более сложной задачей, но структура схемы управления значительно упрощается. Однако для технологии электронной коммутации характерна более высокая неравномерность крутящего момента по причине использования коммутации по прямоугольному импульсу. Двигатели данного типа также используют в 1,22 раза более высокое напряжение в сравнении с PM-двигателями по причине использования двух фаз вместо трех.

Рис. 4. Эквивалентные схемы двигателей

Использование в двигателе постоянных магнитов (рис. 4) практически полностью устраняет потери на роторе, что приводит к повышению эффективности.

Преимущества EC-двигателей с точки зрения эффективности в сравнении с традиционными однофазными индукционными двигателями с расщепленными полюсами оказываются наиболее значительными в диапазоне мощности нескольких сот ватт. Трехфазные индукционные двигатели, как правило, обладают мощностью свыше 750 Вт. Преимущество в эффективности со стороны EC-двигателей уменьшается по мере роста номинальной мощности оборудования. Системы на основе EC-двигателей и PM-двигателей (электроника плюс двигатель) при схожих конфигурациях (источник питания, электромагнитный фильтр и т. д.) обладают сопоставимыми КПД.

В настоящее время широко распространены трехфазные индукционные двигатели со стандартными установочными размерами и размерами рамы, определенными в стандартах IEC
EN 50487 или IEC
72. Однако многие PM-двигатели используют другие стандарты. В качестве типичного примера можно рассмотреть сервоприводы. Обладающие компактным размером и длинным ротором серво­приводы оптимизированы для приложений с высокой динамикой.

В настоящее время доступны PM-двигатели со стандартными размерами рамы, соответствующими IEC
, что позволяет использовать в существующих системах высокоэффективные двигатели с возбуждением от постоянных магнитов. Это позволяет заменить старые трехфазные индукционные двигатели (TPIM
) более эффективными PM-двигателями.

Существуют два типа PM-двигателей, соответствующих стандартам IEC:

Вариант 1. Двигатели типа PM/EC и TPIM
имеют одинаковый размер рамы.

Пример. Двигатель типа TPIM
мощностью 3 кВт может быть заменен двигателем типа EC/PM аналогичного размера.

Вариант 2. Двигатель типа PM/EC с оптимизированным размером рамы и двигатель типа TPIM
обладают одинаковой номинальной мощностью. В связи с тем что PM-двигатели обычно имеют более компактный размер при сравнимом уровне мощности, размер рамы оказывается меньше, чем для двигателя типа TPIM
.

Пример. Двигатель типа TPIM
мощностью 3 кВт может быть заменен двигателем типа EC/PM с размером рамы, соответствующим двигателю типа TPIM
мощностью 1,5 кВт.

Технология EC+

Технология Danfoss EC+ появилась в ответ на требования клиентов. Она позволяет использовать PM-двигатели совместно с частотными преобразователями Danfoss. Клиенты имеют возможность выбрать двигатель любого производителя. Таким образом, они получают все преимущества технологии EC по сравнительно низкой цене, не теряя при этом возможности оптимизации всей системы по мере необходимости.

Сочетание наиболее эффективных отдельных компонентов в рамках одной системы также предоставляет целый ряд преимуществ. За счет использования стандартных компонентов клиенты оказываются независимыми от поставщиков и имеют свободный доступ к запасным частям. Не требуется выполнять подгонку установочных соединений при замене двигателя. Ввод двигателя в эксплуатацию аналогичен вводу в эксплуатацию стандартного трехфазного индукционного двигателя.

Преимущества технологии EC+

Рис. 5. Сравнение размеров
стандартного трехфазного
индукционного двигателя
(снизу) и оптимизированного
PM-двигателя (сверху)

К преимуществам технологии EC+ можно отнести следующие факторы:

  • Возможность выбора используемого типа двигателя (двигатель на постоянных магнитах или асинхронный двигатель).
  • Схема управления двигателем остается неизменной.
  • Независимость от производителя в выборе компонентов двигателя.
  • Высокая эффективность системы достигается благодаря использованию высокопроизводительных компонентов.
  • Возможность модернизации существующих систем.
  • Широкий диапазон значений номинальной мощности двигателей.
  • Заметно сниженные массогабаритные показатели оборудования (рис. 5).

Помимо перечисленных выше преимуществ следует также отметить еще одну особенность технологии EC+. Дело в том, что обычные электронно-коммутируемые вентиляторы не могут обеспечить производительность выше номинальной, так как имеют ограничение по частоте вращения. В то же время вентиляторы, построенные по архитектуре ЕС+, могут быть разогнаны до скорости вращения рабочего колеса выше номинальной. На практике это означает возможность увеличения расхода воздуха выше номинального.

Кроме того, работа двигателей ЕС+ может контролироваться по сетевым протоколам BACnet, ModBus и другим.

Технология EC+ с точки зрения конечных пользователей

Отдельно следует сказать о взгляде на технологию EC+ с точки зрения конечных пользователей (как правило, это специалисты по проектированию, монтажу и эксплуатации систем вентиляции):

Знакомая технология.
 Многие специалисты уже давно используют стандартные двигатели серии Danfoss VLT
HVAC
Drive. Конфигурация PM-двигателей является практически идентичной. Пользователю достаточно ввести новые параметры двигателя в систему управления зданием. Принцип контроля работы двигателя остается при этом неизменным. Таким образом, управление двигателями различного типа в рамках одной системы не составляет труда. Также существует возможность замены стандартного индукционного двигателя на PM-двигатель.

Независимость от производителя.
 Пользователи обладают гибкостью в настройке систем благодаря возможности выбора стандартных компонентов различных производителей. Оптимальная производительность систем.
 Единственным способом достижения оптимальной производительности является использование наиболее эффективных компонентов. Пользователи, желающие добиться максимальной экономии электроэнергии, должны не только использовать эффективные компоненты, но также иметь в своем распоряжении эффективную систему, построенную на базе этих компонентов.

Низкая стоимость технического обслуживания.
 Недостатком интегрированных систем часто является невозможность замены отдельных компонентов. Изношенные детали (например, подшипники) далеко не всегда можно заменить, не меняя сам двигатель, что может приводить к серьезным затратам. Принцип работы технологии EC+ предполагает использование стандартных компонентов, которые пользователь может менять независимо друг от друга. Это позволяет свести к минимуму расходы на обслуживание системы.

Таким образом, технология EC+ видится весьма перспективной в свете современных тенденций энергосбережения и повышения степени контролируемости и управляемости различных элементов инженерных подсистем здания. Свою роль должна сыграть и универсальность технологии — возможность ее применения на ранее установленном оборудовании.

Юрий Хомутский, технический редактор журнала «МИР КЛИМАТА»

В статье использованы материалы из технической документации компании Danfoss.

Вентиляция с ЕС-двигателями

Системы вентиляции, отопления и кондиционирования
 являются самыми крупными потребителями энергии в зданиях. На них приходится до 70%
 общего энергопотребления.

Необходимо максимально эффективно использовать имеющуюся энергию, по возможности повторно ее применять, а также использовать бесплатную возобновляемую энергию окружающей среды (грунта, воздуха, воды).

Сэкономленные деньги — это заработанные деньги, а лучшая возобновляемая энергия — это энергия, которая не расходуется зря.

Наша компания предлагает проектирование


, монтаж



, наладку

 новых систем энергосберегающей вентиляции
, а также модернизацию и снижение энергопотребления

 существующих систем.

Одним из направлений снижения энергопотребления в системах микроклимата является применение электронно-коммутируемых (Electronically Commutated) двигателей со встроенной электроникой управления или, более кратко, EC-двигателей
.

ЕС-двигатели
 привлекают все большой интерес потребителей, специалистов и производителей благодаря кардинальному снижению энергопотребления, увеличению производительности оборудования и срока его бесперебойной работы.

Вентиляторы c электронно-коммутируемыми EC-двигателями потребляют до 50% меньше энергии, чем обычные. Эксплуатационные расходы при их использовании уменьшаются в среднем на 30%. Во многих странах потребители и производители вентиляционного оборудования массово переходят на ЕС-вентиляторы, ведь в масштабах объекта, предприятия, а тем более — города или страны, это приводит к колоссальной экономии электроэнергии и денежных средств.

Электронно-коммутируемый ЕС-двигатель представляет собой инновационную разработку немецкой компании ebm-papst Mulfingen, уникальность которой состоит в интеграции электроники непосредственно в двигатель.

Встроенная электроника гарантирует полный контроль над расходом энергии, точную, плавную и автоматическую поддержку параметров. В обычных вентиляторах для достижения аналогичных показателей требуется дополнительное управляющее оборудование.

Безусловное преимущество ЕС-двигателя — очень высокий КПД при любой частоте вращения, достигающий более 90%, за счет того, что его ротор является внешним с постоянными магнитами и в нем отсутствуют тепловые потери, неизбежные в случае короткозамкнутого ротора асинхронного двигателя.

Сравнение КПД
различных типов электро
двигателей

Обеспечивая высокую мощность, вентиляторы, оснащенные ЕС-двигателями, отличаются низким уровнем шума, что особенно важно при использовании в составе оборудования для общественных объектов (супермаркеты, гостиницы), а также вблизи жилых домов и бытовой сфере.

ЕС-вентиляторы характеризуется высокой производительностью и оптимальным управлением во всем диапазоне скоростей вращения. Они отличаются длительным сроком службы — до 7-8 лет непрерывной работы. При этом благодаря исключительной надежности оборудования, сервисное обслуживание сведено к минимуму.

Принцип работы и устройство
ЕС-
двигателя

Приводимый в действие с помощью электронного коммутирующего устройства (контроллера) ЕС-двигатель представляет собой синхронный электродвигатель постоянного тока с внешним ротором, который в отличие от обычного двигателя не имеет трущихся и изнашивающихся деталей, таких как коллектор и щетки.

В магнитном поле, создаваемом встроенными в ротор постоянными магнитами, осуществляется управление вектором поля путем изменения направления тока в обмотке статора. В каждый момент времени контроллер вычисляет и подает на обмотку статора полярность тока, которая необходима для того, чтобы обеспечить непрерывное вращение ротора с заданной скоростью.

ЕС-двигатель имеет внешний ротор, в котором располагаются сегменты с постоянными магнитами. Управление вращением ротора осуществляется за счет контролируемой подачи электроэнергии на обмотку статора в зависимости от положения ротора, которое отслеживается при помощи датчиков Холла, а также заданных параметров регулирования, поступающих, например, от внешних датчиков соответствующего типа в виде токовых (4-20 мА) или потенциальных (0-10 В) сигналов.

EC-двигатели возможно подключать к источнику постоянного тока или через встроенный коммутационный модуль к сети переменного тока (220 В, 380 В). С использованием стандартного интерфейса RS-485 или специальной шины ebm BUS обеспечена возможность управления вентилятором либо группой вентиляторов через компьютер. Возможно также использование технологии Bluetooth. Предусмотрена выдача тревожных и аварийных сигналов, а также обеспечение мониторинга работы системы.

С помощью электронного контроллера ЕС-двигателя может быть реализовано управление вентилятором по датчику температуры, давления или другим параметрам. Электронная плата ЕС-контроллера не требует обслуживания.

Ключевые преимущества
EC-двигател
ей
:

  • Низкое энергопотребление
     — высокий КПД двигателя (более 90%) из-за отсутствия тепловых потерь снижает энергозатраты на 30-50% по сравнению с асинхронными двигателями. С управлением оборотами потребление энергии снижается в 4-8 раз!
  • Длительный срок службы
     и высокая надежность работы

    из-за отсутствия трущихся щеток, коллектора и пусковых токов при старте вентилятора, а также благодаря встроенной защите по электропитанию (более 80 000 часов непрерывной работы).
  • Минимальный
     уровень шума
    и отсутствие вибрации

    при любой частоте вращения (шум ниже чем у традиционных вентиляторов на 20-35 дБ(А)! Отсутствуют резонансные шумы, сопровождающие работу двигателя с внешним частотным преобразователем.
  • Компактность и сниженный вес
     —
     необходимые напор и расход воздуха можно получить с помощью вентилятора меньших габаритов, за счет чего сокращаются общие размеры и вес вентиляционных установок.
  • Пониженное тепловыделение
    — EC-двигатель практически не выделяет тепла при работе, в то время как асинхронный АС-двигатель имеет рабочую температуру до + 75°C .
  • Отсутствие высоких пусковых токов
     благодаря плавному запуску EC-вентиляторов в то время, как пусковой ток АС-вентиляторов обычно в 5-7 раза превышает номинальный. Возрастает срок безотказной работы EC-двигателя, уменьшается сечение электрокабелей и параметры пускового оборудования.
  • Плавное и точное регулирование
    скорости вентиляторов- изменение производительности возможно в зависимости от любого управляющего сигнала (температуры, влажности, давления, качества воздуха и т.п.).
  • Встроенное управление позволяет обойтись
    без дополнительного внешнего контроллера, частотного преобразователя, необходимости прокладки экранированного кабеля к преобразователю. Внешние датчики напрямую подключаются к двигателю.
  • Высокая эффективность
     достигается даже на низких оборотах в отличие от двигателей с частотными преобразователями.
  • Безопасность
    —
    встроенная защитаот превышения тока, перегрева, пропадания фазы, скачков напряжения, автоматическая блокировка двигателя при аварии. Не требуется дополнительных устройств защиты. Бесперебойная работа обеспечивается в неблагоприятных условиях окружающей среды и широком диапазоне номинального напряжения: 1~200..277 В или 3~380..480 В.
  • Дистанционное централизованное управление и мониторинг.
     EC-вентиляторами можно управлять с высокой точностью дистанционно, в том числе через Интернет и объединять их в сеть для совместной работы. Дистанционный контроль всех параметров работы вентиляторов.

Основными задачами двадцать первого века являются уменьшение уровня энергопотребления и экологическая безопасность. Начиная с 2005 года на регулярных встречах лидеров «большой восьмерки» эти вопросы выделились на уровень ключевых глобальных. Для исследования возможностей экономии в энергетике продукции европейскими странами в том же году были утверждены EcoDesign директивы. Исходя из этих директив, энергопотребление европейскими странами должно сократиться на 34 тераватт-час в год.
Вентиляторы
 и кондиционеры входят в лидирующую группу оборудования по потреблению электроэнергии в Европе. Величина электропотребления в Европе на данный момент составляет 400 тераватт-час в год, а до 2020 года она может достичь 650 тераватт-час в год. В прошедшем 2010 году Европарламент принял жесткие меры по обязательному сокращению потребления электроэнергии вентиляторами. Соответственно, все европейские производители вентиляционной техники при создании своей продукции вынуждены учитывать новые нормы энергоэффективности.
ЕС-двигатели являются одним из самых перспективных направлений в области производства вентиляторов. Уже в настоящее время ЕС- двигатели нашли широкое применение в холодильной, вентиляционной технике, кондиционерах, тепловых насосах. По предварительным расчетамдальнейшее применение ЕС-технологий в этих отраслях позволит сократить потребление электроэнергии в Европе более чем на 30%.

ЕС-двигатели
, или электронно-коммутируемые двигатели с постоянными магнитами, — это бесщеточные двигатели постоянного тока с внешним ротором, имеющие встроенную функцию управления и с возможностью непосредственного подключения к сети переменного тока. В отличии от традиционных двигателей, с трансформаторной или электронной регулировкой частоты оборотов, в ЕС-двигателях оптимальная и эффективная работа на любых оборотах обеспечивается электронной (бесконтактной) коммутацией.
Встроенный ЕС-контроллер позволяет управлять вентилятором с учетом сигналов внешних устройств (датчиков
 температурыдавления, влажности, таймера и т д.) дистанционно, посредством системы диспетчеризации.
Кроме существенной экономии энергии, ЕС-вентиляторы, вследствии малого нагрева, не нуждаются в дополнительном охлаждении, а затраты на их сервисное обслуживание минимальные.
Наличие полного автоматического контроля работызащиты от перегрева, перекоса фаз, блокировки ротора и тому подобное значительно удлиняет срок эксплуатации ЕС-техники по сравнению с традиционной.
За счет того, что ЕС-вентиляторы
 имеют конструкцию, при которой двигатель находится внутри рабочего колеса, возможность его механических повреждений сведена к минимуму. Кроме этого, такая конструкция вентилятора позволяет достигнуть превосходной балансировки системы, максимально компактного размера, минимального уровня шума.
Отсуствие клиноременной передачи, шкивов, механизмов натяжения и других элементов традиционных вентиляторов сводит к минимуму и эксплуатационные затраты.
Всё вышеуказанное и максимальная возможность плавной и точной регулировки в зависимости от внешних условий без какого-либо дополнительного оборудования, минимизирует общую стоимость системы.
ЕС-двигатели более надежны в работе при колебаниях сети. В отличие от обычных асинхронных двигателей, которые при небольшом превышении напряжения начинают перегреваться, ЕС-двигатели стабильно работают при напряжениях до 480В, а при понижении напряжения до определенного уровня двигатель выдает аварийный сигнал и плавно останавливается.
Несмотря на то, что ЕС-вентиляторы имеют достаточно высокую на сегодняшний день стоимость, срок окупаемости их небольшой.

Мотор представляет собой двигатель постоянного тока со встроенной электроникой коммутации и постоянными магнитами во внешнем роторе. Такой мотор называют Electronically Commutated, или просто EC-мотор.

Как действует ЕС-мотор?

На картинке мы видим двигатель в разрезе. Постоянные магниты во внешнем роторе и обмотки статора. Постоянные магниты создают магнитное поле. При помощи встроенной электроники изменяется направление потока в обмотке статора. Тем самым ebmpapst избавились от щеток, которые, как известно, не долговечны и требуют регулярной замены.

ЕС-мотор в разрезе

Как работает электроника?

Роль коммутатора в ЕС-моторе ebmpapst играет транзистор.

Принцип работы прост — сигнал управления малой мощности на транзистора способствует прохождению большого тока через обмотку статора. Это приводит в движение ротор двигателя.

Если сигнала управления на базе транзистора нет, то отсутствует и ток в обмотке, нет ускорения ротора в данный момент времени.

Преимущества ЕС мотора

  • Напряжение может изменяться в большом диапазоне. Для 1-фазных 200-277 В AC, для 3-фазных 380-480 В AC. Частота 50 Гц или 60 Гц.
  • В двигатель встроен EMC фильтр, защита от низкого напряжения в сети, защита от пропадания фаз.
  • Встроена защита от перегрева мотора и электроники, двигатель просто отключается.
  • Встроена защита от блокировки ротора.
  • Низкий уровень шума, особенно на пониженных оборотах.
  • За счет внешнего ротора компактное исполнение.
  • Не требует обслуживания на протяжении всего срока службы.
  • Большой срок службы, так как нет деталей с быстрым износом (щетки).
  • Высокий КПД, до 92%, минимальные потери энергии и минимальный самонагрев.
  • Для управления все есть, частотный преобразователь не нужен, синус фильтр не нужен.

КПД ЕС-мотора

Подключение нескольких вентиляторов в группу

Есть возможность объединять несколько ЕС-вентиляторов в группы. Один вентилятор является главным (master), остальные подчиненными (slave). Тем самым управляя главным вентилятором мы управляем всей группой. Это востребовано при установке на конденсаторе или в «чистых помещениях». Управляющий сигнал 0-10B или 4-20 мА нужно подавать только на master вентилятор.

Инструкция по работе с EC-control.

Программа EC-control предназначена для настройки электронно-коммутируемых вентиляторов. Программа является бесплатной.

Для ее получения сделайте нам запрос и мы ее вам предоставим.

(инструкция по работе с ec-control на русском языке 2014 год)

Видео ролик ЕС-технология:

Что такое двигатель ЕС с электронной коммутацией?

Что такое двигатель ЕС с электронной коммутацией?  Двигатель с электронной коммутацией (EC) предназначен для работы от источника переменного тока (AC), но на самом деле он больше похож на двигатель постоянного тока (DC). По сути, это бесщеточный двигатель постоянного тока с постоянными магнитами, который включает в себя встроенную электронику. Добавленная электроника позволяет двигателю EC сочетать в себе лучшие характеристики двигателей переменного и постоянного тока, а затем улучшать их. По этой причине двигатель ЕС находится в отдельной категории.

Благодаря использованию этой технологии ЕС-вентиляторы отличаются высокой эффективностью и окупаются за счет снижения эксплуатационных расходов и увеличения срока службы. Они также обеспечивают множество эксплуатационных преимуществ, которые часто упускают из виду. Как только эти характеристики будут полностью признаны в Северной Америке, ЕС-вентиляторы станут следующей революцией в индустрии движения воздуха.

Конструкция двигателя

Внутренний и внешний ротор
Двигатели бывают самых разных форм и размеров, при этом общепринятой конфигурацией является внутренняя конфигурация ротора.

Двигатели с внутренним ротором имеют статор (неподвижный компонент), прикрепленный к корпусу двигателя. Ротор (вращающийся элемент) расположен внутри статора и передает крутящий момент через выходной вал. Крыльчатка вентилятора обычно крепится к вращающемуся валу.

Двигатели с внешним ротором имеют противоположную ориентацию, при этом ротор вращается снаружи статора. Это устраняет необходимость в выходном валу и значительно уменьшает общую площадь, занимаемую двигателем и крыльчаткой в ​​сборе. Крыльчатка вентилятора может быть прикреплена непосредственно к внешнему ротору, эффективно создавая моторизованную крыльчатку.

Переменный ток, постоянный ток и ЕС
Все электродвигатели выполняют одну и ту же функцию преобразования электрической энергии в механическую, но выполняют ее по-разному. Используемый метод зависит в основном от мощности, подаваемой на двигатель, поскольку это влияет на то, как создаются и контролируются их магнитные поля. По этой причине двигатели часто классифицируют как двигатели переменного тока, постоянного тока или ЕС. В вентиляторной промышленности распространенными типами каждого из них являются асинхронный двигатель переменного тока, коллекторный двигатель постоянного тока и двигатель с постоянными магнитами EC.

Асинхронные двигатели переменного тока имеют электрические обмотки в статоре, на которые подается переменный ток для создания вращающегося магнитного поля. Поле статора индуцирует ток в проводящем роторе с короткозамкнутым ротором, а взаимодействие между двумя магнитными полями создает крутящий момент на роторе.

Двигатели переменного тока с фиксированной частотой сети имеют ограниченный диапазон скоростей, поэтому они рассчитаны на работу в точке максимальной эффективности на кривой производительности. За пределами этого диапазона эффективность имеет тенденцию к значительному падению. Преобразователь частоты (VFD) может использоваться для увеличения или уменьшения частоты источника переменного тока, но он, как правило, довольно громоздкий и дорогой. Вот почему двигатели переменного тока лучше всего подходят для приложений, где не требуется регулировка скорости.

Коллекторные двигатели постоянного тока используют постоянные магниты в статоре для создания постоянного магнитного поля. Электрические обмотки в роторе индуцируются напряжением и находятся под влиянием магнитного поля статора. Изменение напряжения питания позволяет управлять скоростью двигателей постоянного тока намного проще, чем двигателей переменного тока.

Поскольку они работают на постоянном токе, они используют угольные щетки и переключающее кольцо для переключения направления тока. Износ этих механических компонентов может способствовать увеличению рабочего шума и сокращению ожидаемого срока службы. Кроме того, источники питания постоянного тока не так распространены, как раньше, поэтому приобретение автономного выпрямителя переменного тока в постоянный означает дополнительные затраты и сложность.

 

ЕС-двигатели используют постоянные магниты и электрические обмотки для создания своих магнитных полей аналогично коллекторным двигателям постоянного тока. Однако, как следует из их названия, они коммутируют электроникой, а не механически. Это возможно только за счет включения бортовой электроники в корпус электронно-коммутируемого двигателя EC.

Бортовая электроника включает выпрямитель, который преобразует переменный ток в постоянный. Затем встроенный контроллер направляет нужное количество тока в нужном направлении в нужное время через каждую из обмоток. Это создает магнитные полюса в статоре, которые взаимодействуют с постоянными магнитами в роторе.

Положение каждого магнита определяется с помощью датчиков Холла. Соответствующие магниты последовательно притягиваются к магнитным полюсам статора. Одновременно с обратной полярностью заряжаются остальные обмотки статора. Эти силы притяжения и отталкивания объединяются для обеспечения вращения и создания оптимального крутящего момента. Поскольку все это делается электронным способом, возможен точный мониторинг и управление двигателем.

Преимущества ЕС-двигателя с электронной коммутацией

Энергоэффективность
КПД двигателя ЕС с электронной коммутацией часто превышает 90%, что позволяет ЕС-вентиляторам потреблять на 70% меньше энергии по сравнению с обычными вентиляторами.

Регулируя скорость двигателя EC в соответствии с потребностями, потенциал экономии энергии продолжает расти. Ниже показаны типичные КПД асинхронного двигателя переменного тока мощностью 5 л.с., 1800 об/мин и эквивалентного двигателя ЕС.

Даже по сравнению с работой вкл/выкл, модуляция скорости, предлагаемая EC-вентиляторами, более эффективна. Например, работа ЕС-вентилятора в течение 80 % времени позволяет сэкономить 20 % энергии, а работа его на скорости 80 % экономит почти 50 % энергии. Это возможно только с технологией EC, которая обеспечивает очень высокую эффективность в диапазоне скоростей.

Наиболее очевидным преимуществом высокой эффективности является снижение энергопотребления. В условиях роста цен на энергоносители это важный фактор, который следует учитывать.

Чтобы подчеркнуть важность, ниже приведен пример экономии энергии при скорости 50%. В этом примере предполагается, что средняя стоимость составляет 0,115 долл. США/кВтч, эффективность частотно-регулируемого привода (ЧРП) составляет 86 %, а двигатель работает в непрерывном режиме.

Хотя годовая экономия кажется незначительной, следует отметить, что это относится к замене одного вентилятора и не учитывает другие потери, например, в линии или ремне. Еще одним фактором, который следует учитывать, помимо более низких эксплуатационных расходов, являются скидки на коммунальные услуги, которые могут быть доступны.

Высокая эффективность также приводит к ряду вторичных и третичных преимуществ, показанных на диаграмме ниже.

Преимущество высокой эффективности заключается в уменьшении потерь энергии в окружающую среду. Эти потери, как правило, в виде тепла и звука.

Поскольку ЕС-двигатели выделяют меньше тепла, их обмотки и подшипники подвергаются меньшей нагрузке, что продлевает срок службы двигателя. Более низкие рабочие температуры также способствуют повышению эффективности системы при использовании в системах охлаждения. Между тем, более тихая работа приводит к повышенному комфорту пассажиров.

Простота управления
Высокий КПД двигателей ЕС во многом объясняется встроенной электроникой. Благодаря постоянному мониторингу функций двигателя и автоматической регулировке входного сигнала управления поддерживается высокая эффективность во всем рабочем диапазоне скоростей. Электродвигатели EC часто можно снизить до 20% от полной скорости, сохраняя при этом КПД 85%.

Датчики, выдающие сигнал 0-10 В, ШИМ или 4-20 мА, могут быть подключены напрямую к большинству двигателей EC. Это обеспечивает регулирование скорости без необходимости использования сложного частотно-регулируемого привода (ЧРП).

В зависимости от приложения могут быть реализованы методы управления как с разомкнутым, так и с замкнутым контуром. Вентиляторы с электронно-коммутируемыми ЕС-двигателями могут регулировать температуру, давление или любой другой параметр, выбранный для измерения. Постоянный контроль давления особенно полезен для воздуховодов, а постоянный контроль воздушного потока идеален для систем с фильтрами. В качестве альтернативы можно подключить потенциометр для ручного управления переменной скоростью.

Универсальность
Максимальная скорость обычных асинхронных двигателей переменного тока ограничена стандартным значением, называемым синхронной скоростью. Это теоретическая скорость, основанная на количестве электромагнитных полюсов и частоте источника питания.

С другой стороны, ЕС-двигатели способны развивать скорость, превышающую номинальную. Это позволяет вентиляторам с ЕС-двигателями достигать более высокой производительности при меньшем размере блока вентиляторов, как показано ниже на рис. 1. Больший рабочий диапазон ЕС-вентиляторов позволяет легко подобрать производительность для данного приложения. Сочетание высокой производительности и способности ЕС-двигателя поддерживать эффективность при частичной нагрузке позволяет одному ЕС-вентилятору заменить несколько типов и размеров обычных вентиляторов.

Области применения ЕС-вентиляторов

Существует множество приложений, позволяющих экономически эффективно использовать вентиляторы с ЕС-двигателями. Вентиляционные системы представляют прекрасную возможность по двум основным причинам:

  1. Вентиляционные вентиляторы обычно требуют незначительной мощности, и они часто приводятся в действие недорогими и очень неэффективными двигателями.
  2. Многие вентиляторы с фиксированной скоростью работают в повторно-кратковременном режиме, что дает возможность использовать ЕС-двигатели, работающие на пониженных скоростях.

EC-вентиляторы также настоятельно рекомендуется использовать для модернизации вентиляционных установок. Благодаря регулировке скорости они могут добиться более равномерного распределения температуры. Во многих случаях они могут непрерывно работать на частичной скорости и при этом обеспечивать снижение счетов за коммунальные услуги. Непрерывная циркуляция обеспечивает равномерное распределение свежего воздуха и температуры. Таким образом, вентиляторы с ЕС-двигателями способствуют улучшению циркуляции, комфорту и здоровью.

Поскольку двигатели EC обладают высоким КПД, меньше энергии рассеивается в виде тепла. Это делает ЕС-вентиляторы очень привлекательными для систем охлаждения, поскольку они снижают нагрузку на систему. Высокая эффективность также означает, что меньше энергии теряется в виде звука, что позволяет EC-вентиляторам работать тише.

Почему стоит выбрать ЕС-вентилятор?

Преимущества ЕС-вентиляторов очевидны, поэтому решение о модернизации часто зависит от периода окупаемости. Это можно определить только после проведения анализа профессиональным консультантом по энергетике. Финансовая выгода от модернизации ЕС-вентилятора должна оцениваться в каждом конкретном случае. Однако в целом можно ожидать следующих результатов:

  • Чем ниже эффективность заменяемого вентилятора, тем быстрее будет период окупаемости.
  • Замена часто используемых вентиляторов обеспечит большую экономию, чем модернизация вентиляторов, которые используются умеренно.

    • Вентиляторы

  • EC являются привлекательным вариантом для приложений, требующих регулирования скорости. Другие типы двигателей имеют резкое снижение КПД на частичных скоростях.
  • Энергосбережение выше, если вентиляторы с ЕС-двигателями устанавливаются в кондиционируемых или охлаждаемых помещениях.

ЕС-технология сочетает в себе преимущества двигателей переменного и постоянного тока в компактном, но универсальном корпусе. Встроенная электроника обеспечивает оптимальную эффективность даже при частичной нагрузке, что дает значительную возможность сэкономить на эксплуатационных расходах. Внедрение одного из встроенных методов управления — лучший способ в полной мере воспользоваться всеми преимуществами, которые обеспечивают ЕС-вентиляторы.

Вентиляторы CFM с ЕС-двигателями с электронной коммутацией

Continental Fan предлагает широкий выбор моторизованных крыльчаток с ЕС-двигателями. Используя эту передовую технологию, наши ЕС-вентиляторы достигли новых стандартов энергосбережения и производительности.

Вышеупомянутые EC-вентиляторы доступны в различных размерах и с различными скоростями для широкого диапазона рабочих режимов. Они также доступны в различных материалах и напряжениях для различных применений.

Для получения дополнительной информации посетите раздел ЦЕНТРОБЕЖНЫЕ И ОСЕВЫЕ ЕС-ВЕНТИЛЯТОРЫ нашего веб-сайта.

 

Загрузите PDF-копию нашего документа EC Motors & Fan Applications  сегодня!

 

 

Источники
[1] ABB, «Эффективные двигатели NEMA Super-E® Premium», abb.com, октябрь 2014 г. [Онлайн].
Доступно: https://library.e.abb.com/public/e35d57ce4df3160285257d6d00720f51/9AKK106369_SuperE_1014_WEB.pdf. [По состоянию на 2 августа 2019 г.].

[2] Baldor, «Двигатели и приводы постоянного тока 1/50–3000 л.с.», baldor.com, май 2013 г. [онлайн].
Доступно: https://www.baldor.com/mvc/DownloadCenter/Files/BR600. [По состоянию на 2 августа 2019 г.].

[3] Розенберг, «Rosenberg’s EC Motor Construction», youtube.com, январь 2017 г. [Онлайн]. Доступно: https://www.youtube.com/watch?v=4LeTePGMyrE. [По состоянию на 2 августа 2019 г.]

В чем разница между двигателями переменного тока, постоянного тока и ЕС?

Загрузите эту статью в формате PDF.

Для применения в двигателях инженеры имеют в своем распоряжении несколько вариантов. Как правило, инженеры могут выбирать между двигателями постоянного тока (DC) или двигателями переменного тока (AC). Конструкция машины в прошлом учитывала разницу между основными типами двигателей.

Новейшие типы двигателей, которые вступают в борьбу, — это те, которые помогают контролировать выходную мощность и достигать более высокой энергоэффективности. Эти двигатели с электронной связью (EC) успешно заменяют двигатели постоянного и переменного тока; особенно с необходимостью достижения правил энергоэффективности.

ЕС-двигатели представляют собой бесщеточные двигатели постоянного тока, управляемые внешней электронной платой. Это обеспечивает больший контроль и более высокую эффективность.

Основы двигателей постоянного и переменного тока

В двигателях постоянного тока используются угольные щетки и коммутационное кольцо для переключения направления тока и полярности магнитного поля во вращающемся якоре. Это взаимодействие между внутренним ротором и неподвижными постоянными магнитами вызывает вращение двигателя.

По данным Maxon Motors, двигатели постоянного тока ограничены системой щеток и имеют срок службы 1000-1500 часов; менее 100 часов при экстремальных нагрузках. Некоторые двигатели могут работать до 15 000 часов при благоприятных условиях эксплуатации. Высокая скорость вращения ограничивается только коммутацией, обычно достигая примерно 10 000 оборотов в минуту.

Двигатели постоянного тока имеют высокий КПД, но имеют определенные потери. Они теряют КПД из-за начального сопротивления в обмотке, трения щеток и потерь на вихревые токи.

Асинхронные двигатели переменного тока используют серию катушек, питаемых и управляемых входным переменным напряжением. Поле статора создается входным напряжением, а поле ротора индуцируется полем статора. Другой тип двигателя переменного тока — это синхронный двигатель, который может работать с точной частотой питания. Магнитное поле создается током, подаваемым через токосъемные кольца или постоянный магнит. Они работают быстрее, чем асинхронные двигатели, из-за того, что скорость снижается за счет скольжения асинхронного двигателя.

Двигатели переменного тока предназначены для работы в определенной точке кривой производительности. Эта кривая совпадает с пиковым КПД двигателя. Вне этой точки КПД двигателя значительно падает. Двигатели переменного тока потребляют дополнительную энергию для создания магнитного поля, индуцируя ток на роторе. Следовательно, двигатели переменного тока менее эффективны, чем двигатели постоянного тока. Фактически, двигатель постоянного тока на 30% эффективнее двигателей переменного тока из-за вторичного магнитного поля, создаваемого постоянными магнитами, а не медными обмотками.

КПД двигателей с электронной коммутацией

На диаграмме сравнивается КПД двигателя ЕС, трехфазного асинхронного двигателя, однофазного асинхронного двигателя переменного тока и двигателя с экранированными полюсами.

ЕС-двигатели представляют собой бесщеточные двигатели постоянного тока, управляемые внешней электроникой — электронной платой или частотно-регулируемым приводом. Ротор содержит постоянные магниты, а статор имеет набор неподвижных обмоток. Механическая коммутация осуществляется электронной схемой. Печатная плата переключает фазы в фиксированных обмотках, чтобы двигатель продолжал вращаться. Это обеспечивает необходимое количество тока якоря. Когда ток подается в правильном направлении в точное время, достигается более высокая точность. Поскольку скорость двигателя контролируется внешней электроникой, двигатели EC не имеют ограничения синхронной скорости.

ЕС-двигатели имеют ряд преимуществ. Поскольку двигатели ЕС не имеют щеток, они не искрят и не имеют короткого срока службы из-за щеток. Другие преимущества включают тот факт, что они не тратят энергию впустую, поскольку электроника управляет статором; они обеспечивают лучшую производительность и управляемость, а также меньше нагреваются, чем асинхронные двигатели. С точки зрения размера, небольшие двигатели могут достигать той же мощности, что и традиционные двигатели постоянного или переменного тока. Кроме того, меньший двигатель экономит место, а когда производитель использует внешний ротор, а не двигатель с валом, возможна еще большая экономия места.

Распределение энергии намного чище с ЕС-двигателем. Бесщеточные двигатели постоянного тока зависят от отдельного источника питания постоянного тока. А источник питания двигателя переменного тока обычно увеличивает стоимость и сложность. ЕС-двигатели могут подключаться напрямую к сети переменного тока благодаря встроенной электронике. Они не полностью зависят от напряжения или частоты; следовательно, небольшие изменения напряжения не влияют на мощность двигателя.

При сравнении эффективности двигателя ЕС с двигателем переменного тока с расщепленными полюсами или двигателем переменного тока с постоянными конденсаторами, двигатели с экранированными полюсами имеют диапазон КПД от 15 до 25%, а конденсаторы с постоянными разъемами (PSC) — от 30 до 50%. , а двигатели ЕС имеют КПД от 60 до 75%. В отчете Министерства энергетики за 2013 год двигатели EC были признаны наиболее эффективным вариантом модернизации для существующих двигателей.

В отчете говорится: «Диапазон эффективности для PSC очень широк, например, 35-50% в приложениях с воздушным потоком, особенно при работе не с полной нагрузкой. ЕС-двигатели могут иметь более узкий диапазон КПД на разных скоростях, обычно около 70% для двигателей с дробной мощностью и более 80% для двигателей с интегральной мощностью».

ЕС-двигатели можно найти в приложениях с меньшей выходной мощностью (например, небольшие вентиляторы, серводвигатели и системы управления движением). Они также находят свое применение в нескольких небольших устройствах с высокой выходной мощностью, включая конвейерные ленты и конденсаторные блоки.

С точки зрения управления скоростью, ЕС-двигатели в стандартной комплектации имеют несколько регуляторов скорости. Например, двигатели переменного тока доступны с несколькими скоростями с дополнительным внешним регулятором скорости. Внешний контроллер регулирует входное напряжение для двигателей переменного тока, что изменяет их синусоиду и, в свою очередь, увеличивает срок службы двигателя и увеличивает шум.

Для двигателей EC схемы коммутации принимают входы с широтно-импульсной модуляцией от 4 до 20 мА и от 0 до 10 В. Это регулирует скорость в диапазоне от 10 % до 100 %. Мониторинг EC-двигателей упрощается с помощью интегральной схемы и может быть легко доступен разработчику для обеспечения обратной связи. Наконец, двигатели EC обеспечивают плавный пуск, пониженный уровень шума и более низкую температуру двигателя.

ЕС-двигатели обычно используются для устройств с меньшей выходной мощностью, таких как небольшие вентиляторы, серводвигатели и системы управления движением. Тем не менее, благодаря достижениям в области электроники и материалов, двигатели EC находят применение в сценариях с большей выходной мощностью, до 12 кВт и выше. Несколько мелких бытовых приборов также являются игрой, в том числе конвейерные ленты и конденсаторные блоки.

Электродвигатели EC и аксессуары – Часто задаваемые вопросы

Что такое двигатели EC?

EC ( E в электронном виде C коммутируемый или E электронный C управляемый) двигатели представляют собой электродвигатели с постоянными магнитами на роторе и используют электронику для управления напряжением и током, подаваемым на двигатель.

Как работают двигатели EC?

Все электродвигатели работают за счет взаимодействия двух магнитных полей, толкающих друг друга. Одно поле создается ротором, а другое статором. Разница между типами двигателей заключается в том, как эти поля создаются и контролируются:

  • ЕС-двигатели используют постоянные магниты для создания поля ротора и ряд катушек, управляемых электронным контроллером (или «коммутатором») для создания поля статора.
  • Коллекторные двигатели постоянного тока используют постоянные магниты для создания поля статора и ряд катушек, питаемых входным напряжением постоянного тока и управляемых механическими контактами («щетками») для создания поля ротора.
  • Асинхронные двигатели используют ряд катушек, питаемых и управляемых входным напряжением переменного тока, для создания поля статора, а поле ротора создается электромагнитным путем (или «индуцируется») полем статора.

ЕС-двигатели не имеют щеток, что позволяет избежать искрообразования и короткого срока службы, характерных для щеточных двигателей. Поскольку они имеют электронику, управляющую статором, и им не нужно тратить энергию на возбуждение поля ротора, они обеспечивают лучшую производительность и управляемость, а также меньше нагреваются, чем асинхронные двигатели (по крайней мере, для небольших двигателей: трехфазные асинхронные двигатели высокой мощности могут быть очень эффективный). ЕС-двигатели

сегодня используются во многих устройствах с дробной мощностью, где требуется высокая эффективность, надежность и/или управляемость двигателя.

Я слышал много терминов, используемых для двигателей с электронным управлением, таких как EC, ECM, BLDC, PMSM и VFD. В чем разница?

Терминология в автомобильном мире сбивает с толку, так как многие сокращения используются для обозначения одного и того же, а определения людей не всегда совпадают. Для всех практических целей многие из этих терминов взаимозаменяемы.

  • EC означает E в электронном виде C заменено. ECM означает  E электронный C коммутируемый M отор. Это одно и то же, и обычно они относятся к двигателям, которые питаются от сети переменного тока.
  • BLDC означает B rush l ess D прямой C urrent двигатель: BLDC двигатель может быть таким же, как двигатель EC, но чаще используется для обозначения двигателя с электронным управлением, который использует источник постоянного тока.
  • PMSM означает P постоянный M магнит S синхронный M отор. Часто это означает то же самое, что и двигатель BLDC, хотя в академических кругах эти два термина иногда используются для различения двигателей с разными типами алгоритмов коммутации.
  • VFD , что означает V ariable F requency D rive, это один термин, который означает нечто существенно отличающееся. ЧРП — это тип электронного контроллера, который используется для улучшения управляемости асинхронного двигателя (обычно более крупного трехфазного двигателя) и работы при частичной нагрузке. Хотя электроника VFD аналогична электронике контроллера двигателя EC, программное обеспечение совершенно другое, и они не взаимозаменяемы.

Каковы преимущества двигателей EC?

ЕС-двигатели имеют очень высокий КПД и поддерживают высокий уровень КПД на частичной скорости. Это означает, что в большинстве случаев они потребляют от одной трети до половины электроэнергии, потребляемой традиционными двигателями, используемыми в вентиляционной и холодильной промышленности. Это приводит к снижению эксплуатационных расходов и коротким периодам окупаемости.

Высокий КПД двигателя ЕС также означает, что двигатель работает с меньшим нагревом и значительно снижает количество выделяемого тепла. Уменьшение отработанного тепла на уровне двигателя испарителя также обычно приводит к сокращению работы на уровне компрессора, что позволяет еще больше сэкономить энергию. Кроме того, рабочий охладитель увеличивает срок службы высоконагруженных деталей двигателя, таких как обмотки и подшипники.

ЕС-двигатели также имеют более широкий рабочий диапазон, чем традиционные асинхронные двигатели, а это означает, что один ЕСМ-двигатель может заменить несколько моделей асинхронных двигателей. Таким образом, количество моделей, необходимых типичному покупателю, значительно уменьшается, что сокращает и упрощает инвентаризацию. Это основная причина, по которой линейки продуктов ECM обычно включают меньше моделей двигателей, чем их асинхронные аналоги.

Что касается контроля скорости и функций, поскольку работа двигателя управляется программным обеспечением, двигатели EC позволяют клиентам оптимизировать и интегрировать двигатель, вентилятор и контроллер с приложениями. Это позволяет использовать такие функции, как передача данных, постоянная регулировка громкости, переменная скорость и т. д.

ЕС-двигатели также тише традиционных двигателей, имеют более длительный расчетный срок службы и требуют меньше обслуживания.

ЕС-двигатели каких размеров может поставлять Wellington?

Наш текущий ассортимент EC включает двигатели выходной мощностью 2–25 Вт (1/375–1/30 л.с.) в комплектах, совместимых с двигателями вентиляторов охлаждения на раме Q и подшипниками агрегата. Смотрите нашу страницу двигателей для получения дополнительной информации.

В чем разница эффективности между экранированным полюсом, постоянным раздельным конденсатором и двигателем EC?

Эффективность зависит от производителя, номинальной мощности и условий каждого применения. Однако, как правило, двигатели с экранированными полюсами имеют КПД 15–25 %, двигатели с постоянными раздельными конденсаторами имеют КПД 30–50 %, а двигатели ЕС достигают КПД 60–75 %.

Помогут ли EC-двигатели повысить эффективность моего продукта в соответствии с будущими нормами Министерства энергетики США?

После компрессора вентиляторы охлаждения являются одними из самых крупных потребителей энергии в системе ОВК или холодильном оборудовании. Повышение эффективности двигателя за счет использования ЕС-двигателей является одним из наиболее экономически эффективных доступных способов повышения эффективности с «болтовым креплением», предлагая те же преимущества, что и переход на светодиодное освещение. В типичном автономном (подключаемом) шкафу со стеклянной передней стойкой установка двигателей EC повышает общую эффективность системы на 20–25 %.

Пригодны ли двигатели EC для использования с углеводородными хладагентами?

Не все двигатели EC подходят для использования с углеводородными хладагентами или для использования во всех областях применения. Wellington предлагает «HC-совместимые» версии наших двигателей вентиляторов охлаждения ECR ® , которые являются «искробезопасными» в соответствии с требованиями UL и одобрены для использования с заправкой углеводородного хладагента массой до 150 г. Для приложений с более важными требованиями к безопасности мы также предлагаем версии двигателей ECR с сертификацией ATEX (EEx nA IIA T5). Свяжитесь с нами, чтобы получить помощь в выборе двигателя, подходящего для вашей работы с углеводородами.

Каков срок окупаемости замены моих нынешних двигателей на двигатели EC?

Анализ окупаемости включает в себя множество факторов, таких как местный тариф на электроэнергию, рабочий цикл двигателей, эффективность пневматического двигателя и условия эксплуатации. Для приложений с высоким рабочим циклом, таких как вентиляторы охлаждения, окупаемость может составлять всего несколько месяцев. Для приложений с низким режимом работы экономия энергии может не быть движущей силой для перехода на двигатели EC. Мы хотели бы услышать о вашей заявке, поэтому, пожалуйста, свяжитесь с нами для дальнейшего обсуждения.

Какова надбавка к цене двигателей EC по сравнению с моими текущими двигателями?

Цены на двигатели EC зависят от характеристик, размера и объема. В общем, рассчитывайте заплатить от двух до четырех раз больше, чем двигатель переменного тока эквивалентного размера. Наши продукты имеют очень конкурентоспособные цены, и мы хотели бы услышать о ваших потребностях, поэтому, пожалуйста, свяжитесь с нами для дальнейшего обсуждения.

Предлагаете ли вы EC-двигатели с двойным напряжением (один двигатель P/N, который может работать на 115 или 230 В переменного тока)?

Да, наши двигатели серии ECR2 совместимы с двойным напряжением и могут работать с любым напряжением от 70 до 264 В, 50–60 Гц, 1 фаза, с одним P/N.

Могут ли ваши ЕС-двигатели реверсировать, чтобы выдувать грязь из моего конденсатора?

Да, наши двигатели ECR доступны в версиях с реверсированием по времени при останове, реверсированием по времени при пуске или в версиях с постоянным реверсом. Мы рады запрограммировать индивидуальное поведение по запросу.

Мой двигатель переменного тока работает на 10–15 % медленнее при частоте сети 50 Гц, чем при частоте 60 Гц, что создает проблемы с производительностью в моем приложении. Могу ли я ожидать такой же потери оборотов при частоте 50 Гц с двигателями EC?

Нет. Поскольку электроника двигателя EC преобразует входящее питание переменного тока частотой 50 или 60 Гц в напряжение постоянного тока внутри двигателя, скорость двигателя будет такой же, как и при питании переменного тока частотой 50 или 60 Гц (за исключением случая ECR). двигатели 82/92, которые являются «синхронными с сетью»).

Мне нужна гибкость для регулировки скорости двигателя в полевых условиях в соответствии с условиями применения. Есть ли у вас ЕС-двигатели, которые можно программировать на месте?

Да, наши двигатели ECR 2 можно программировать на месте в диапазоне от 300 до 1800 об/мин с помощью простого инструмента программирования. При использовании в сочетании с нашими решениями Connect SCS мы изменяем скорость вращения вентилятора в режиме реального времени, чтобы максимизировать энергосбережение и производительность вашей системы.

ЕС-двигатели гудят и нагреваются при снижении скорости?

Нет. «Гудение», которое вы можете услышать при работе двигателя переменного тока, вероятно, является шумом, возникающим из-за резонанса пластинчатого блока двигателя при уменьшении скорости двигателя переменного тока с помощью симистора, прерывателя напряжения или какого-либо другого прерывателя фазы. устройство. Шум, как правило, становится более распространенным по мере снижения скорости. Тепло, выделяющееся при преобразовании синусоидальной волны в обрезанную форму волны, также создает дополнительный нагрев двигателя, что приводит к сокращению срока службы двигателя.

Каков типичный ожидаемый срок службы двигателей ECR?

Инженеров иногда просят спрогнозировать средний срок службы двигателя или среднее время наработки на отказ для данного двигателя.

Ожидаемый срок службы сильно зависит от:

  • температуры окружающей среды;
  • нагрузка двигателя;
  • количество пусков;
  • условия напряжения сети.

Двигатели Wellington рассчитаны на срок службы более 10 лет при номинальных условиях эксплуатации.

Как определяется скорость вращения двигателя?

Веллингтон определяет вращение, глядя прямо на лезвие.

Что произойдет, если двигатель перегрузится?

Известно, что некоторые двигатели либо перегорают, либо отключаются, чтобы избежать повреждений. Двигатель Wellington ECR 2 имеет уникальную функцию складывания, которая автоматически снижает его скорость для поддержания потока воздуха без отключения. Это позволяет ECR 2 работать дольше при перегрузке, не вызывая необратимого повреждения двигателя. Несмотря на то, что мы всегда рекомендуем надлежащее техническое обслуживание системы и оперативное устранение перегрузок, эта возможность позволяет дольше поддерживать работоспособность системы охлаждения, сохраняя качество продукции и рентабельность.

У вас пыле-, влаго- или водонепроницаемые двигатели?

Да. Способность двигателя не допускать проникновения воды, пыли или мусора определяется классом защиты корпуса. Эти рейтинги определяются стандартом IEC 60529, где более высокие значения соответствуют более высоким уровням защиты. Двигатели Wellington ECR 2 имеют степень защиты IP67. Это означает, что он защищен от пыли и может работать при погружении в воду на глубину до 1 м на срок до 30 минут. Чтобы узнать больше о рейтингах корпусов IP, ознакомьтесь с бесплатным информационным документом здесь.

РазделГде я могу найти технические чертежи и электрические схемы для двигателей Wellington? А как насчет кривых производительности?

В Wellington есть множество технических чертежей, схем подключения, данных о производительности и сравнительных кривых производительности, которые показывают, как наши двигатели работают по сравнению со многими конкурентами в различных областях применения.

Posted inДвигатель