محرك EC وتطبيقاته

ما هو محرك EC؟

تم تصميم المحركات المخففة إلكترونيًا (EC) لتعمل بطاقة التيار المتردد (AC)، ولكنها في الواقع أكثر تشابهًا مع محركات التيار المباشر (DC). إنها في الأساس محركات DC بدون فرش ذات مغناطيس دائم ومزودة بإلكترونيات مدمجة.

تسمح الإلكترونيات المضافة لمحركات EC بالجمع بين أفضل خصائص محركات التيار المتردد والتيار المستمر ومن ثم تحسينها. لذلك، تعتبر محركات EC في فئة خاصة بها.

ومن خلال استخدام هذه التقنية، تتمتع مراوح EC بالكفاءة العالية وتدفع تكاليفها بنفسها من خلال تكاليف تشغيل أقل وعمر أطول. كما أنها توفر بعض المزايا التشغيلية التي غالبًا ما يتم تجاهلها.

تصميم المحرك

الدوار الداخلي والدوار الخارجي

تأتي المحركات الكهربائية في العديد من الأشكال والأحجام، حيث يكون النمط التقليدي عبارة عن تكوين داخلي للدوار. يتم تثبيت الجزء الثابت (الجزء الثابت) للمحرك الدوار الداخلي على غلاف المحرك. يقع الدوار (الجزء الدوار) داخل الجزء الثابت وينقل عزم الدوران من خلال عمود الخرج. عادةً ما يتم توصيل دافعة المروحة بعمود دوار.

محركات الدوار الخارجي هي في الأساس الاتجاه المعاكس، حيث يدور الدوار خارج الجزء الثابت. وهذا يلغي الحاجة إلى عمود الإخراج ويقلل بشكل كبير من البصمة الإجمالية للمحرك ومجموعة المكره. يمكن ربط دافعة المروحة مباشرة بالدوار الخارجي، مما يشكل بشكل فعال دافعة بمحرك.

التيار المتردد مقابل التيار المستمر مقابل المفوضية الأوروبية

جميع المحركات الكهربائية لها نفس وظيفة تحويل الطاقة الكهربائية إلى طاقة ميكانيكية، ولكنها تقوم بذلك بطريقة مختلفة. تعتمد الطريقة المستخدمة إلى حد كبير على الطاقة الموردة للمحرك، حيث يؤثر ذلك على كيفية توليد مجاله المغناطيسي والتحكم فيه. لذلك، يتم تصنيف المحركات عادة على أنها AC، DC أو EC. في صناعة المراوح، يتم استخدام المحركات الحثية AC، ومحركات الفرشاة DC، ومحركات المغناطيس الدائم EC بشكل شائع.

تحتوي المحركات الحثية ذات التيار المتردد على ملفات كهربائية في الجزء الثابت توفر تيارًا متناوبًا لإنشاء مجال مغناطيسي دوار. يُحدِث المجال المغناطيسي للجزء الثابت تيارًا في الجزء المتحرك ذي القفص السنجابي الموصل، ويولد التفاعل بين المجالين عزمًا على الجزء المتحرك.

نظرًا لأن تردد الخط ثابت، فإن محركات التيار المتردد لها نطاق سرعة محدود، لذلك فهي مصممة للعمل عند نقطة الكفاءة القصوى على منحنى الأداء.

وبعد هذا النطاق، تميل الكفاءة إلى الانخفاض بشكل ملحوظ. يمكن استخدام محركات التردد المتغير (VFDs) لزيادة أو تقليل تردد طاقة التيار المتردد، ولكنها تميل إلى أن تكون ضخمة ومكلفة. هذا هو السبب في أن محركات التيار المتردد هي الأنسب للتطبيقات التي لا تتطلب سرعات متغيرة.

تستخدم المحركات ذات التيار المستمر مغناطيسًا دائمًا في الجزء الثابت لتوفير مجال مغناطيسي ثابت. اللفات الكهربائية في الجزء المتحرك تحفز الفولتية وتتأثر بالمجال المغناطيسي للجزء الثابت. إن تغيير جهد الإمداد يمكن أن يجعل التحكم في السرعة أسهل لمحركات التيار المستمر مقارنة بمحركات التيار المتردد.

نظرًا لأنها تعمل بالتيار المستمر، فإنها تعتمد على فرش الكربون وحلقات المبدل لتبديل اتجاه التيار. يؤدي تآكل هذه الأجزاء الميكانيكية إلى ارتفاع مستوى الضجيج أثناء التشغيل وقصر العمر المتوقع. أيضًا، لم تعد مصادر طاقة التيار المستمر شائعة كما كانت من قبل، لذا فإن شراء مقوم منفصل للتيار المتردد إلى التيار المستمر يعني زيادة التكلفة والتعقيد.

تستخدم محركات EC مغناطيسًا دائمًا ولفائفًا كهربائية لتوليد مجال مغناطيسي بطريقة مشابهة لمحرك DC المصقول. ومع ذلك، كما يوحي الاسم، يتم تبديلها إلكترونيًا بدلاً من تبديلها ميكانيكيًا. وهذا ممكن فقط من خلال دمج الإلكترونيات الموجودة على اللوحة في غلاف محرك EC.

تتضمن الإلكترونيات الموجودة على متن الطائرة مقومًا يحول التيار المتردد إلى تيار مستمر. تقوم وحدة التحكم المتكاملة بعد ذلك بتوجيه الكمية الصحيحة من التيار عبر كل ملف في الاتجاه الصحيح وفي الوقت الصحيح. يؤدي هذا إلى إنشاء أقطاب مغناطيسية في الجزء الثابت، والتي تتفاعل مع المغناطيس الدائم في الجزء الدوار. يتم تحديد موضع كل مغناطيس باستخدام مستشعرات تأثير هول. تنجذب المغناطيسات المناسبة بدورها إلى أقطاب الجزء الثابت. في الوقت نفسه، يتم شحن اللفات المتبقية للجزء الثابت بقطبية عكسية. تتحد هذه القوى الجذابة والتنافرية لتحقيق الدوران وتوليد عزم الدوران الأمثل. وبما أن كل ذلك يتم إلكترونيًا، فمن الممكن إجراء مراقبة دقيقة للمحرك والتحكم فيه.

مزايا محركات EC

كفاءة الطاقة

تتميز محركات EC عادةً بكفاءة تزيد عن 90% مقارنة بالمراوح التقليدية، مما يقلل من استهلاك طاقة مروحة EC بنسبة تصل إلى 70%.

ومن خلال ضبط سرعة محركات EC لتلبية الطلب، تستمر إمكانية توفير الطاقة في النمو. يظهر أدناه الكفاءات النموذجية لمحرك تحريضي يعمل بالتيار المتردد بقدرة 5 حصان و1800 دورة في الدقيقة ومحركات EC مكافئة.

حتى بالمقارنة مع عملية التشغيل/الإيقاف، فإن تعديل السرعة الذي توفره مراوح EC يكون أكثر كفاءة. على سبيل المثال، تشغيل مروحة EC بنسبة 80% من الوقت يوفر 20% من الطاقة، في حين أن تشغيلها بسرعة 80% يوفر ما يقرب من 50% من الطاقة. 

وهذا ممكن فقط مع تقنية EC، التي توفر كفاءة عالية جدًا عبر نطاق واسع من السرعات. الميزة الأكثر وضوحًا للكفاءة العالية هي تقليل استهلاك الطاقة. ومع ارتفاع أسعار الطاقة، يعد هذا عاملاً رئيسياً يجب أخذه في الاعتبار. ولإعطاء لمحة عامة عن أهميتها، فيما يلي مثال لتوفير الطاقة بسرعة 50%. يفترض هذا المثال متوسط ​​تكلفة قدره 0.115 دولارًا أمريكيًا/كيلوواط ساعة، وكفاءة محرك التردد المتغير (VFD) بنسبة 86%، والتشغيل المستمر للمحرك.

على الرغم من أن التوفير السنوي قد يبدو ضئيلًا، فمن المهم ملاحظة أن هذا مخصص لاستبدال مروحة واحدة ولا يأخذ في الاعتبار الخسائر الأخرى مثل الأسلاك أو الأحزمة. بالإضافة إلى انخفاض تكاليف التشغيل، هناك عامل آخر يجب مراعاته وهو الخصومات المحتملة على المرافق. وتجلب الكفاءة العالية أيضًا سلسلة من الفوائد الثانوية والثالثية، كما هو موضح في الشكل أدناه.

إحدى فوائد الكفاءة العالية هي تقليل فقدان الطاقة للبيئة. وعادة ما تأتي هذه الخسائر على شكل حرارة وصوت. نظرًا لأن محركات EC تولد حرارة أقل، فإن ملفاتها ومحاملها تكون تحت ضغط أقل، مما يطيل عمر المحرك. تساهم درجة حرارة التشغيل المنخفضة أيضًا في زيادة كفاءة النظام عند استخدامها في تطبيقات التبريد. وفي الوقت نفسه، يعمل التشغيل الأكثر هدوءًا على تحسين راحة الركاب.

سهل التحكم

ترجع الكفاءة العالية لمحركات EC بشكل أساسي إلى الإلكترونيات المدمجة. يتم الحفاظ على الكفاءة عبر نطاق السرعة القابل للتشغيل بالكامل من خلال المراقبة المستمرة لوظيفة المحرك وضبط مدخلات التحكم تلقائيًا. عادةً ما تكون محركات EC قادرة على تقليل السرعة إلى 20% من السرعة الكاملة مع الحفاظ على كفاءة بنسبة 85%.

يمكن توصيل المستشعرات التي تولد إشارات 0-10 فولت أو PWM أو 4-20 مللي أمبير مباشرة بمعظم محركات EC. وهذا يوفر التحكم في السرعة دون الحاجة إلى محركات معقدة ذات تردد متغير (VFDs).

اعتمادًا على التطبيق، يمكن تنفيذ طرق التحكم في الحلقة المفتوحة والحلقة المغلقة. يمكن للمراوح المزودة بمحركات EC التحكم في درجة الحرارة أو الضغط أو اختيار أي معلمة ليتم قياسها. يعد التحكم المستمر في الضغط مفيدًا بشكل خاص لتطبيقات خطوط الأنابيب، بينما يعد التحكم المستمر في تدفق الهواء مثاليًا لتطبيقات الترشيح. وبدلاً من ذلك، يمكن توصيل مقياس الجهد لتوفير شكل يدوي للتحكم في السرعة المتغيرة.

براعة

تقتصر السرعة القصوى للمحركات الحثية التقليدية ذات التيار المتردد على تصنيف قياسي يسمى السرعة المتزامنة. هذه سرعة نظرية تعتمد على عدد الأقطاب الكهرومغناطيسية وتردد مصدر الطاقة.

من ناحية أخرى، فإن محركات EC قادرة على تجاوز السرعة المقدرة. يتيح ذلك للمراوح المزودة بمحركات EC تحقيق سعات أعلى في مجموعات مراوح أصغر، كما هو موضح أدناه. يجعل نطاق التشغيل الممتد لمراوح EC من السهل مطابقة أداء تطبيق معين. إن السعة العالية لمحرك EC بالإضافة إلى القدرة على الحفاظ على الكفاءة عند الأحمال الجزئية تمكن مروحة EC واحدة من استبدال المراوح التقليدية بمختلف الأنواع والأحجام.

تطبيق محرك EC لتكييف الهواء

في انطباع الجميع أن مكيفات الهواء تحتاج دائمًا إلى الكثير من الكهرباء، وذلك لأن محرك مكيف الهواء يحتاج إلى الكثير من الكهرباء لتشغيله. لذلك، لفترة طويلة، كان اتجاه تطوير مكيفات الهواء يكمن في البحث عن محركات مكيفات الهواء. أصبح 'محرك EC' اتجاهًا مهمًا لترقية هيكل المنتج لمحركات تكييف الهواء. ليس لدينا محركات EC لمكيفات الهواء فحسب، بل لدينا أيضًا محركات EC لمبردات الهواء، ومحركات EC للمراوح الدوارة الخارجية.

يتكون هيكل القيادة الرئيسي لمحرك EC من محرك ومحرك؛ تتمتع محركات DC بدون فرش لدينا عمومًا بقدرة 50W-4000W وجهد 220V/380V.

مزايا المحركات بدون فرش في التطبيقات:

1. يمكن تحقيق نطاق أوسع من السرعات المسطحة. تعد محركات DC بدون فرش أسهل في التحكم ولها نطاق سرعة أوسع. إنه نظام تنظيم السرعة بدون خطوات، والذي يمكنه تعديل قدرة التبريد لنظام التبريد بحرية.

2. في عملية تنظيم السرعة، لا تتغير طبيعة الحمل في دائرة المحرك، ويتم توليد توافقيات أقل، وتأثير أقل على شبكة الطاقة، والمزيد من توفير الطاقة.

3. أثناء التشغيل، يكون ارتفاع درجة الحرارة منخفضًا نسبيًا، وهو أقل بحوالي 20% من التحكم في تردد المحرك غير المتزامن AC.

4. يتمتع نظام التحكم في السرعة بموثوقية عالية وأداء ديناميكي جيد. يتمتع محرك EC بموثوقية عالية ولا يغير أداء دائرة الحمل أثناء عملية التعديل، مما يجعل النظام أكثر استقرارًا.

من خصائص المحركات بدون فرش، يمكن ملاحظة أن توفير الطاقة، وتقليل الضوضاء، والتنظيم الدقيق لدرجة الحرارة، وتنظيم السرعة بدون خطوات هي تحسينات مهمة في أداء أنظمة التبريد.