Co je EC motor?
Elektronicky komutované (EC) motory jsou navrženy pro provoz na střídavý proud (AC), ale ve skutečnosti jsou více podobné stejnosměrným (DC) motorům. Jsou to v podstatě bezkomutátorové stejnosměrné motory s permanentními magnety s integrovanou palubní elektronikou.
Přidaná elektronika umožňuje EC motorům kombinovat nejlepší vlastnosti AC a DC motorů a následně je zlepšovat. Proto jsou EC motory ve své vlastní třídě.
Využitím této technologie jsou EC ventilátory vysoce účinné a vyplatí se díky nižším provozním nákladům a delší životnosti. Nabízejí také některé provozní výhody, které jsou často přehlíženy.
Design motoru
vnitřní rotor a vnější rotor
Elektromotory přicházejí v mnoha tvarech a velikostech, přičemž tradičním stylem je konfigurace vnitřního rotoru. Stator (nehybná část) motoru s vnitřním rotorem je upevněn ke skříni motoru. Rotor (rotační část) je umístěn uvnitř statoru a přenáší točivý moment přes výstupní hřídel. Oběžné kolo ventilátoru je obvykle připevněno k rotujícímu hřídeli.
Motory s vnějším rotorem mají v podstatě opačný směr, přičemž rotor se otáčí mimo stator. To eliminuje potřebu výstupního hřídele a výrazně snižuje celkovou stopu sestavy motoru a oběžného kola. Oběžné kolo ventilátoru může být připojeno přímo k vnějšímu rotoru a efektivně tak tvoří motorizované oběžné kolo.
AC vs. DC vs. EC
Všechny elektromotory mají stejnou funkci přeměny elektrické energie na mechanickou, ale dělají to jinak. Použitá metoda závisí do značné míry na energii dodávané do motoru, protože to ovlivňuje, jak je jeho magnetické pole generováno a řízeno. Proto jsou motory obvykle klasifikovány jako AC, DC nebo EC. V průmyslu ventilátorů se běžně používají AC indukční motory, DC kartáčové motory a EC motory s permanentními magnety.
Střídavé indukční motory mají elektrické vinutí ve statoru, které poskytuje střídavý proud k vytvoření rotujícího magnetického pole. Magnetické pole statoru indukuje proud ve vodivém rotoru s kotvou nakrátko a interakce mezi těmito dvěma poli vytváří točivý moment na rotoru.
Protože je frekvence sítě pevná, mají střídavé motory omezený rozsah otáček, takže jsou navrženy tak, aby pracovaly v bodě nejvyšší účinnosti na křivce výkonu.
Za tímto rozsahem má účinnost výrazně klesat. Měniče s proměnnou frekvencí (VFD) lze použít ke zvýšení nebo snížení frekvence střídavého proudu, ale bývají objemné a drahé. To je důvod, proč jsou střídavé motory nejvhodnější pro aplikace, které nevyžadují proměnné otáčky.
Stejnosměrné kartáčované motory používají permanentní magnety ve statoru k zajištění pevného magnetického pole. Elektrická vinutí v rotoru indukují napětí a jsou ovlivněna magnetickým polem statoru. Změna napájecího napětí může usnadnit řízení rychlosti u stejnosměrných motorů než u střídavých motorů.
Protože běží na stejnosměrný proud, spoléhají na uhlíkové kartáče a komutátorové kroužky pro přepínání směru proudu. Opotřebení těchto mechanických částí má za následek vyšší hluk při chodu a kratší životnost. Také zdroje stejnosměrného proudu nejsou tak běžné, jak bývaly, takže nákup samostatného usměrňovače AC-to-DC znamená další náklady a složitost.
EC motory používají permanentní magnety a elektrické vinutí k vytváření magnetického pole podobným způsobem jako kartáčovaný stejnosměrný motor. Jak již název napovídá, jsou komutovány spíše elektronicky než mechanicky. To je možné pouze integrací palubní elektroniky do krytu EC motoru.
Součástí palubní elektroniky je usměrňovač, který převádí střídavý proud na stejnosměrný. Integrovaný ovladač pak směruje správné množství proudu každým vinutím správným směrem ve správný čas. To vytváří magnetické póly ve statoru, které interagují s permanentními magnety v rotoru. Poloha každého magnetu je určena pomocí Hallových senzorů. Vhodné magnety jsou zase přitahovány k pólům statoru. Současně jsou zbývající vinutí statoru nabita obrácenou polaritou. Tyto přitažlivé a odpudivé síly se kombinují k dosažení rotace a generování optimálního točivého momentu. Protože se to vše děje elektronicky, je možné přesné monitorování a řízení motoru.
Výhody EC motorů
energetická účinnost
EC motory jsou typicky více než 90% účinné ve srovnání s tradičními ventilátory, což snižuje spotřebu energie EC ventilátorů až o 70%.
Úpravou rychlosti EC motorů tak, aby vyhovovaly poptávce, potenciál úspor energie stále roste. Níže jsou uvedeny typické účinnosti pro střídavý indukční motor o výkonu 5 HP, 1800 ot./min. a ekvivalentní EC motory.
I ve srovnání s provozem zapnuto/vypnuto je modulace otáček poskytovaná EC ventilátory mnohem efektivnější. Například provoz EC ventilátoru 80 % času ušetří 20 % energie, zatímco jeho provoz na 80 % rychlosti ušetří téměř 50 % energie.
To je možné pouze s EC technologií, která nabízí velmi vysokou účinnost v širokém rozsahu rychlostí. Nejviditelnější výhodou vysoké účinnosti je snížená spotřeba energie. S rostoucími cenami energií je to klíčový faktor, který je třeba zvážit. Pro přehled o jeho důležitosti je níže uveden příklad úspory energie při 50% rychlosti. Tento příklad předpokládá průměrné náklady 0,115 $/kWh, účinnost frekvenčního měniče (VFD) 86 % a nepřetržitý provoz motoru.
I když se roční úspory mohou zdát zanedbatelné, je důležité si uvědomit, že se jedná o výměnu jednoho ventilátoru a nebere v úvahu další ztráty, jako jsou dráty nebo řemeny. Kromě nižších provozních nákladů je dalším faktorem, který je třeba zvážit, možné slevy za energie. Vysoká účinnost také přináší řadu sekundárních a terciárních výhod, jak ukazuje obrázek níže.
Jednou z výhod vysoké účinnosti je snížení energetických ztrát do životního prostředí. Tyto ztráty obvykle přicházejí ve formě tepla a zvuku. Protože EC motory generují méně tepla, jejich vinutí a ložiska jsou méně namáhána, což prodlužuje životnost motoru. Nižší provozní teplota také přispívá k vyšší účinnosti systému při použití v chladicích aplikacích. Tišší provoz zároveň zlepšuje pohodlí cestujících.
Snadné ovládání
Vysoká účinnost EC motorů je dána především integrovanou elektronikou. Účinnost je udržována v celém rozsahu provozních otáček nepřetržitým sledováním funkce motoru a automatickým nastavováním řídicích vstupů. EC motory jsou obvykle schopny snížit otáčky na 20 % plné rychlosti při zachování účinnosti 85 %.
Senzory, které generují signály 0-10 V, PWM nebo 4-20 mA, lze připojit přímo k většině EC motorů. To poskytuje řízení rychlosti bez potřeby složitých frekvenčních měničů (VFD).
V závislosti na aplikaci lze implementovat metody řízení s otevřenou a uzavřenou smyčkou. Ventilátory s EC motory mohou řídit teplotu, tlak nebo zvolit libovolný parametr, který se má měřit. Řízení konstantního tlaku je zvláště užitečné pro potrubní aplikace, zatímco řízení konstantního průtoku vzduchu je ideální pro filtrační aplikace. Alternativně lze připojit potenciometr, který poskytuje manuální formu ovládání proměnné rychlosti.
Všestrannost
Maximální rychlost konvenčních střídavých indukčních motorů je omezena na standardní jmenovitý výkon nazývaný synchronní rychlost. Jedná se o teoretickou rychlost založenou na počtu elektromagnetických pólů a frekvenci napájecího zdroje.
EC motory jsou na druhé straně schopny překročit jmenovité otáčky. To umožňuje ventilátorům s EC motory dosahovat vyšších výkonů v menších sestavách ventilátorů, jak je znázorněno níže. Rozšířený provozní rozsah EC ventilátorů usnadňuje přizpůsobení výkonu dané aplikace. Vysoká kapacita EC motoru v kombinaci se schopností udržet účinnost při částečném zatížení umožňuje jeden EC ventilátor nahradit konvenční ventilátory mnoha typů a velikostí.
Aplikace EC motoru pro klimatizaci
Každý má dojem, že klimatizace vždy potřebuje hodně elektřiny, protože motor klimatizace potřebuje ke svému chodu hodně elektřiny. Směr modernizace klimatizací proto po dlouhou dobu spočívá ve výzkumu motorů klimatizací. 'EC motor' se stal důležitým směrem pro modernizaci produktové struktury klimatizačních motorů. Máme nejen EC motory pro klimatizace, ale také EC motory pro chladiče vzduchu, EC motory pro ventilátory s externím rotorem.
Hlavní hnací struktura EC motoru se skládá z pohonu a motoru; naše bezkomutátorové stejnosměrné motory mají obecně výkon 50W-4000W a napětí 220V/380V.
Výhody bezkomutátorových motorů v aplikacích:
1. lze dosáhnout širšího rozsahu plochých rychlostí. Bezkomutátorové stejnosměrné motory se snadněji ovládají a mají širší rozsah otáček. Jedná se o skutečný systém plynulé regulace rychlosti, který může libovolně upravovat výkon chladicího výkonu chladicího systému.
2. V procesu regulace otáček se povaha zátěže v okruhu motoru nemění, generuje se méně harmonických, menší dopad na elektrickou síť a větší úspora energie.
3. Během provozu je nárůst teploty relativně nízký, což je asi o 20 % nižší než u střídavého asynchronního řízení frekvence motoru.
4. Systém řízení rychlosti má vysokou spolehlivost a dobrý dynamický výkon. EC motor má vysokou spolehlivost a během procesu nastavení nemění výkon obvodu zátěže, díky čemuž je systém stabilnější.
Z charakteristik bezkomutátorových motorů je vidět, že úspora energie, snížení hluku, přesná regulace teploty a plynulá regulace otáček jsou důležitými vylepšeními výkonu chladicích systémů.
