Τι είναι ένας κινητήρας EC;
Οι ηλεκτρονικοί κινητήρες (EC) έχουν σχεδιαστεί για να λειτουργούν με ισχύ εναλλασσόμενου ρεύματος (AC), αλλά στην πραγματικότητα μοιάζουν περισσότερο με τους κινητήρες συνεχούς ρεύματος (DC). Πρόκειται ουσιαστικά για κινητήρες συνεχούς ρεύματος χωρίς ψήκτρες μόνιμου μαγνήτη με ενσωματωμένα ηλεκτρονικά.
Τα πρόσθετα ηλεκτρονικά επιτρέπουν στους κινητήρες EC να συνδυάζουν τα καλύτερα χαρακτηριστικά των κινητήρων AC και DC και στη συνέχεια να τα βελτιώνουν. Επομένως, οι κινητήρες EC ανήκουν στη δική τους κατηγορία.
Με τη χρήση αυτής της τεχνολογίας, οι ανεμιστήρες EC είναι εξαιρετικά αποδοτικοί και πληρώνουν για τον εαυτό τους χάρη στο χαμηλότερο κόστος λειτουργίας και τη μεγαλύτερη διάρκεια ζωής. Προσφέρουν επίσης ορισμένα λειτουργικά πλεονεκτήματα που συχνά παραβλέπονται.
Σχεδιασμός κινητήρα
εσωτερικός και εξωτερικός ρότορας
Οι ηλεκτρικοί κινητήρες διατίθενται σε πολλά σχήματα και μεγέθη, με το παραδοσιακό στυλ να είναι μια διαμόρφωση εσωτερικού ρότορα. Ο στάτορας (στάσιμο μέρος) ενός κινητήρα εσωτερικού ρότορα είναι στερεωμένος στο περίβλημα του κινητήρα. Ο ρότορας (περιστρεφόμενο μέρος) βρίσκεται μέσα στον στάτορα και μεταδίδει τη ροπή μέσω του άξονα εξόδου. Μια πτερωτή ανεμιστήρα είναι συνήθως προσαρτημένη σε έναν περιστρεφόμενο άξονα.
Οι κινητήρες εξωτερικού ρότορα έχουν βασικά την αντίθετη κατεύθυνση, με τον ρότορα να περιστρέφεται έξω από τον στάτορα. Αυτό εξαλείφει την ανάγκη για άξονα εξόδου και μειώνει σημαντικά το συνολικό αποτύπωμα του συγκροτήματος κινητήρα και πτερωτής. Η πτερωτή του ανεμιστήρα μπορεί να συνδεθεί απευθείας στον εξωτερικό ρότορα, σχηματίζοντας αποτελεσματικά μια μηχανοκίνητη πτερωτή.
AC εναντίον DC εναντίον EC
Όλοι οι ηλεκτροκινητήρες έχουν την ίδια λειτουργία μετατροπής της ηλεκτρικής ενέργειας σε μηχανική ενέργεια, αλλά το κάνουν διαφορετικά. Η μέθοδος που χρησιμοποιείται εξαρτάται σε μεγάλο βαθμό από την ισχύ που παρέχεται στον κινητήρα, καθώς αυτό επηρεάζει τον τρόπο με τον οποίο δημιουργείται και ελέγχεται το μαγνητικό του πεδίο. Επομένως, οι κινητήρες ταξινομούνται συνήθως ως AC, DC ή EC. Στη βιομηχανία ανεμιστήρων, χρησιμοποιούνται συνήθως κινητήρες επαγωγής AC, κινητήρες βούρτσας συνεχούς ρεύματος και κινητήρες μόνιμου μαγνήτη EC.
Οι επαγωγικοί κινητήρες AC έχουν ηλεκτρικές περιελίξεις στον στάτορα που παρέχουν εναλλασσόμενο ρεύμα για τη δημιουργία ενός περιστρεφόμενου μαγνητικού πεδίου. Το μαγνητικό πεδίο του στάτορα προκαλεί ένα ρεύμα στον αγώγιμο ρότορα του κλωβού του σκίουρου και η αλληλεπίδραση μεταξύ των δύο πεδίων δημιουργεί ροπή στον ρότορα.
Δεδομένου ότι η συχνότητα γραμμής είναι σταθερή, οι κινητήρες AC έχουν περιορισμένο εύρος στροφών, επομένως είναι σχεδιασμένοι να λειτουργούν στο σημείο μέγιστης απόδοσης στην καμπύλη απόδοσης.
Πέρα από αυτό το εύρος, η απόδοση τείνει να πέσει σημαντικά. Οι μονάδες μεταβλητής συχνότητας (VFD) μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την αύξηση ή τη μείωση της συχνότητας εναλλασσόμενου ρεύματος, αλλά τείνουν να είναι ογκώδεις και ακριβοί. Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο οι κινητήρες AC είναι οι πλέον κατάλληλοι για εφαρμογές που δεν απαιτούν μεταβλητή ταχύτητα.
Οι κινητήρες με βούρτσα συνεχούς ρεύματος χρησιμοποιούν μόνιμους μαγνήτες στον στάτορα για να παρέχουν ένα σταθερό μαγνητικό πεδίο. Οι ηλεκτρικές περιελίξεις στον ρότορα προκαλούν τάσεις και επηρεάζονται από το μαγνητικό πεδίο του στάτορα. Η αλλαγή της τάσης τροφοδοσίας μπορεί να διευκολύνει τον έλεγχο της ταχύτητας για κινητήρες συνεχούς ρεύματος παρά για κινητήρες AC.
Δεδομένου ότι λειτουργούν με συνεχές ρεύμα, βασίζονται σε βούρτσες άνθρακα και δακτυλίους μεταγωγέα για να αλλάξουν την κατεύθυνση του ρεύματος. Η φθορά αυτών των μηχανικών μερών έχει ως αποτέλεσμα υψηλότερο θόρυβο λειτουργίας και μικρότερο προσδόκιμο ζωής. Επίσης, τα τροφοδοτικά συνεχούς ρεύματος δεν είναι τόσο συνηθισμένα όσο παλιά, επομένως η αγορά ενός ξεχωριστού ανορθωτή AC-to-DC σημαίνει πρόσθετο κόστος και πολυπλοκότητα.
Οι κινητήρες EC χρησιμοποιούν μόνιμους μαγνήτες και ηλεκτρικές περιελίξεις για να δημιουργήσουν ένα μαγνητικό πεδίο με τρόπο παρόμοιο με έναν κινητήρα συνεχούς ρεύματος με βούρτσα. Ωστόσο, όπως υποδηλώνει το όνομα, αλλάζουν ηλεκτρονικά και όχι μηχανικά. Αυτό είναι δυνατό μόνο με την ενσωμάτωση των ενσωματωμένων ηλεκτρονικών στο περίβλημα του κινητήρα EC.
Τα ενσωματωμένα ηλεκτρονικά περιλαμβάνουν έναν ανορθωτή που μετατρέπει το AC σε DC. Στη συνέχεια, ένας ενσωματωμένος ελεγκτής κατευθύνει τη σωστή ποσότητα ρεύματος μέσω κάθε περιέλιξης στη σωστή κατεύθυνση τη σωστή στιγμή. Αυτό δημιουργεί μαγνητικούς πόλους στον στάτορα, οι οποίοι αλληλεπιδρούν με μόνιμους μαγνήτες στον ρότορα. Η θέση κάθε μαγνήτη προσδιορίζεται χρησιμοποιώντας αισθητήρες εφέ Hall. Κατάλληλοι μαγνήτες έλκονται με τη σειρά τους στους πόλους του στάτορα. Ταυτόχρονα, οι υπόλοιπες περιελίξεις του στάτη φορτίζονται με αντίστροφη πολικότητα. Αυτές οι ελκτικές και απωστικές δυνάμεις συνδυάζονται για να επιτύχουν περιστροφή και να δημιουργήσουν τη βέλτιστη ροπή. Εφόσον όλα αυτά γίνονται ηλεκτρονικά, είναι δυνατή η ακριβής παρακολούθηση και έλεγχος του κινητήρα.
Πλεονεκτήματα των κινητήρων EC
ενεργειακή απόδοση
Οι κινητήρες EC είναι συνήθως περισσότερο από 90% αποδοτικοί σε σύγκριση με τους παραδοσιακούς ανεμιστήρες, μειώνοντας την κατανάλωση ενέργειας των ανεμιστήρων EC έως και 70%.
Προσαρμόζοντας την ταχύτητα των κινητήρων EC για την κάλυψη της ζήτησης, οι δυνατότητες εξοικονόμησης ενέργειας συνεχίζουν να αυξάνονται. Παρακάτω φαίνονται οι τυπικές αποδόσεις για έναν επαγωγικό κινητήρα εναλλασσόμενου ρεύματος 5 HP, 1800 RPM και ισοδύναμους κινητήρες EC.
Ακόμη και σε σύγκριση με τη λειτουργία on/off, η διαμόρφωση ταχύτητας που παρέχεται από τους ανεμιστήρες EC είναι πολύ πιο αποτελεσματική. Για παράδειγμα, η λειτουργία ενός ανεμιστήρα EC το 80% του χρόνου εξοικονομεί 20% ενέργεια, ενώ η λειτουργία του με ταχύτητα 80% εξοικονομεί σχεδόν 50% ενέργεια.
Αυτό είναι δυνατό μόνο με την τεχνολογία EC, η οποία προσφέρει πολύ υψηλή απόδοση σε ένα ευρύ φάσμα ταχυτήτων. Το πιο προφανές όφελος της υψηλής απόδοσης είναι η μειωμένη κατανάλωση ενέργειας. Με την αύξηση των τιμών της ενέργειας, αυτός είναι ένας βασικός παράγοντας που πρέπει να ληφθεί υπόψη. Για να δώσουμε μια επισκόπηση της σημασίας του, ένα παράδειγμα εξοικονόμησης ενέργειας με ταχύτητα 50% δίνεται παρακάτω. Αυτό το παράδειγμα προϋποθέτει μέσο κόστος 0,115 $/kWh, απόδοση κίνησης μεταβλητής συχνότητας (VFD) 86% και συνεχή λειτουργία του κινητήρα.
Αν και η ετήσια εξοικονόμηση μπορεί να φαίνεται αμελητέα, είναι σημαντικό να σημειωθεί ότι πρόκειται για μία μόνο αντικατάσταση ανεμιστήρα και δεν λαμβάνει υπόψη άλλες απώλειες, όπως καλώδια ή ιμάντες. Εκτός από το χαμηλότερο λειτουργικό κόστος, ένας άλλος παράγοντας που πρέπει να ληφθεί υπόψη είναι οι πιθανές εκπτώσεις κοινής ωφελείας. Η υψηλή απόδοση φέρνει επίσης μια σειρά από δευτερεύοντα και τριτογενή οφέλη, όπως φαίνεται στο παρακάτω σχήμα.
Ένα από τα οφέλη της υψηλής απόδοσης είναι η μειωμένη απώλεια ενέργειας στο περιβάλλον. Αυτές οι απώλειες συνήθως έρχονται με τη μορφή θερμότητας και ήχου. Δεδομένου ότι οι κινητήρες EC παράγουν λιγότερη θερμότητα, οι περιελίξεις και τα ρουλεμάν τους υπόκεινται σε λιγότερη πίεση, παρατείνοντας τη διάρκεια ζωής του κινητήρα. Η χαμηλότερη θερμοκρασία λειτουργίας συμβάλλει επίσης στην υψηλότερη απόδοση του συστήματος όταν χρησιμοποιείται σε εφαρμογές ψύξης. Ταυτόχρονα, η πιο αθόρυβη λειτουργία βελτιώνει την άνεση των επιβατών.
Εύκολο στον έλεγχο
Η υψηλή απόδοση των κινητήρων EC οφείλεται κυρίως στα ενσωματωμένα ηλεκτρονικά. Η απόδοση διατηρείται σε όλο το εύρος στροφών λειτουργίας με τη συνεχή παρακολούθηση της λειτουργίας του κινητήρα και την αυτόματη προσαρμογή των εισόδων ελέγχου. Οι κινητήρες EC είναι συνήθως ικανοί να μειώνουν το 20% της πλήρους ταχύτητας, διατηρώντας ωστόσο την απόδοση του 85%.
Αισθητήρες που παράγουν σήματα 0-10 V, PWM ή 4-20 mA μπορούν να συνδεθούν απευθείας στους περισσότερους κινητήρες EC. Αυτό παρέχει έλεγχο ταχύτητας χωρίς την ανάγκη για πολύπλοκες μονάδες μεταβλητής συχνότητας (VFD).
Ανάλογα με την εφαρμογή, μπορούν να εφαρμοστούν μέθοδοι ελέγχου ανοιχτού και κλειστού βρόχου. Οι ανεμιστήρες με κινητήρες EC μπορούν να ελέγχουν τη θερμοκρασία, την πίεση ή να επιλέξουν οποιαδήποτε παράμετρο προς μέτρηση. Ο έλεγχος σταθερής πίεσης είναι ιδιαίτερα χρήσιμος για εφαρμογές αγωγών, ενώ ο σταθερός έλεγχος ροής αέρα είναι ιδανικός για εφαρμογές φιλτραρίσματος. Εναλλακτικά, μπορεί να συνδεθεί ένα ποτενσιόμετρο για να παρέχει μια χειροκίνητη μορφή ελέγχου μεταβλητής ταχύτητας.
Ευστροφία
Η μέγιστη ταχύτητα των συμβατικών κινητήρων επαγωγής εναλλασσόμενου ρεύματος περιορίζεται σε μια τυπική βαθμολογία που ονομάζεται σύγχρονη ταχύτητα. Αυτή είναι μια θεωρητική ταχύτητα που βασίζεται στον αριθμό των ηλεκτρομαγνητικών πόλων και τη συχνότητα της παροχής ρεύματος.
Οι κινητήρες EC, από την άλλη πλευρά, είναι ικανοί να υπερβαίνουν την ονομαστική ταχύτητα. Αυτό επιτρέπει στους ανεμιστήρες με κινητήρες EC να επιτυγχάνουν υψηλότερες χωρητικότητες σε μικρότερα πακέτα ανεμιστήρων, όπως φαίνεται παρακάτω. Το εκτεταμένο εύρος λειτουργίας των ανεμιστήρων EC διευκολύνει την αντιστοίχιση της απόδοσης μιας δεδομένης εφαρμογής. Η υψηλή χωρητικότητα ενός κινητήρα EC σε συνδυασμό με την ικανότητα διατήρησης της απόδοσης σε μερικά φορτία επιτρέπει σε έναν ανεμιστήρα EC να αντικαταστήσει τους συμβατικούς ανεμιστήρες πολλών τύπων και μεγεθών.
Εφαρμογή EC Motor για κλιματισμό
Κατά την εντύπωση όλων, τα κλιματιστικά χρειάζονται πάντα πολύ ρεύμα, αυτό συμβαίνει γιατί το μοτέρ του κλιματιστικού χρειάζεται πολύ ρεύμα για να λειτουργήσει. Επομένως, εδώ και πολύ καιρό, η κατεύθυνση αναβάθμισης των κλιματιστικών βρίσκεται στην έρευνα των κινητήρων κλιματιστικών. Το 'μοτέρ EC' έχει γίνει μια σημαντική κατεύθυνση για την αναβάθμιση της δομής προϊόντων των κινητήρων κλιματισμού. Δεν έχουμε μόνο κινητήρες EC για κλιματιστικά, αλλά και κινητήρες EC για ψύκτες αέρα, κινητήρες EC για εξωτερικούς ανεμιστήρες ρότορα.
Η κύρια κινητήρια δομή ενός κινητήρα EC αποτελείται από έναν κινητήρα και έναν κινητήρα. Οι κινητήρες συνεχούς ρεύματος χωρίς ψήκτρες έχουν γενικά ισχύ 50W-4000W και τάση 220V/380V.
Πλεονεκτήματα των κινητήρων χωρίς ψήκτρες σε εφαρμογές:
1. μπορεί να επιτευχθεί ένα ευρύτερο φάσμα επίπεδων ταχυτήτων. Οι κινητήρες συνεχούς ρεύματος χωρίς ψήκτρες ελέγχονται ευκολότερα και έχουν μεγαλύτερο εύρος στροφών. Είναι ένα πραγματικό σύστημα ρύθμισης ταχύτητας χωρίς βήμα, το οποίο μπορεί να ρυθμίσει ελεύθερα την απόδοση ψυκτικής ικανότητας του συστήματος ψύξης.
2. Στη διαδικασία ρύθμισης της ταχύτητας, η φύση του φορτίου στο κύκλωμα του κινητήρα δεν αλλάζει, δημιουργούνται λιγότερες αρμονικές, λιγότερες επιπτώσεις στο ηλεκτρικό δίκτυο και περισσότερη εξοικονόμηση ενέργειας.
3. Κατά τη λειτουργία, η αύξηση της θερμοκρασίας είναι σχετικά χαμηλή, η οποία είναι περίπου 20% χαμηλότερη από αυτή του ελέγχου συχνότητας ασύγχρονου κινητήρα AC.
4. Το σύστημα ελέγχου ταχύτητας έχει υψηλή αξιοπιστία και καλή δυναμική απόδοση. Ο κινητήρας EC έχει υψηλή αξιοπιστία και δεν αλλάζει την απόδοση του κυκλώματος του φορτίου κατά τη διαδικασία ρύθμισης, καθιστώντας το σύστημα πιο σταθερό.
Από τα χαρακτηριστικά των κινητήρων χωρίς ψήκτρες, μπορεί να φανεί ότι η εξοικονόμηση ενέργειας, η μείωση του θορύβου, η ακριβής ρύθμιση θερμοκρασίας και η ρύθμιση ταχύτητας χωρίς βαθμίδες είναι σημαντικές βελτιώσεις απόδοσης για τα συστήματα ψύξης.
