¿Qué es un motor EC?
Los motores con conmutación electrónica (EC) están diseñados para funcionar con corriente alterna (CA), pero en realidad son más similares a los motores de corriente continua (CC). Son esencialmente motores de CC sin escobillas de imanes permanentes con electrónica integrada a bordo.
La electrónica agregada permite que los motores EC combinen las mejores características de los motores de CA y CC y luego las mejoren. Por lo tanto, los motores EC son únicos en su clase.
Al utilizar esta tecnología, los ventiladores EC son altamente eficientes y se amortizan mediante menores costos operativos y una vida útil más larga. También ofrecen algunas ventajas operativas que a menudo se pasan por alto.
Diseño de motores
rotor interior y rotor exterior
Los motores eléctricos vienen en muchas formas y tamaños, siendo el estilo tradicional una configuración de rotor interno. El estator (parte estacionaria) de un motor de rotor interior está fijado a la carcasa del motor. El rotor (parte giratoria) está ubicado dentro del estator y transmite el par a través del eje de salida. Un impulsor de ventilador suele estar unido a un eje giratorio.
Los motores de rotor exterior son básicamente en la dirección opuesta, con el rotor girando fuera del estator. Esto elimina la necesidad de un eje de salida y reduce en gran medida la huella total del conjunto del motor y el impulsor. El impulsor del ventilador se puede conectar directamente al rotor exterior, formando efectivamente un impulsor motorizado.
CA frente a CC frente a CE
Todos los motores eléctricos tienen la misma función de convertir la energía eléctrica en energía mecánica, pero lo hacen de forma diferente. El método utilizado depende en gran medida de la potencia suministrada al motor, ya que ésta afecta a cómo se genera y controla su campo magnético. Por tanto, los motores suelen clasificarse en AC, DC o EC. En la industria de los ventiladores, se utilizan comúnmente motores de inducción de CA, motores de escobillas de CC y motores de imanes permanentes EC.
Los motores de inducción de CA tienen devanados eléctricos en el estator que proporcionan corriente alterna para crear un campo magnético giratorio. El campo magnético del estator induce una corriente en el rotor conductor de jaula de ardilla y la interacción entre los dos campos genera un par en el rotor.
Dado que la frecuencia de línea es fija, los motores de CA tienen un rango de velocidad limitado, por lo que están diseñados para operar en el punto de máxima eficiencia en la curva de rendimiento.
Más allá de este rango, la eficiencia tiende a caer significativamente. Los variadores de frecuencia (VFD) se pueden utilizar para aumentar o disminuir la frecuencia de la alimentación de CA, pero tienden a ser voluminosos y costosos. Es por eso que los motores de CA son más adecuados para aplicaciones que no requieren velocidad variable.
Los motores de CC con escobillas utilizan imanes permanentes en el estator para proporcionar un campo magnético fijo. Los devanados eléctricos del rotor inducen voltajes y se ven afectados por el campo magnético del estator. Cambiar el voltaje de suministro puede hacer que el control de velocidad sea más fácil para los motores de CC que para los motores de CA.
Dado que funcionan con CC, dependen de escobillas de carbón y anillos conmutadores para cambiar la dirección de la corriente. El desgaste de estas piezas mecánicas provoca un mayor ruido de funcionamiento y una esperanza de vida más corta. Además, las fuentes de alimentación de CC no son tan comunes como solían ser, por lo que comprar un rectificador de CA a CC por separado significa mayor costo y complejidad.
Los motores EC utilizan imanes permanentes y devanados eléctricos para generar un campo magnético de manera similar a un motor de CC con escobillas. Sin embargo, como sugiere el nombre, se conmutan electrónicamente en lugar de mecánicamente. Esto sólo es posible integrando la electrónica de a bordo en la carcasa del motor EC.
La electrónica de a bordo incluye un rectificador que convierte CA en CC. Luego, un controlador integrado dirige la cantidad correcta de corriente a través de cada devanado en la dirección correcta en el momento correcto. Esto crea polos magnéticos en el estator, que interactúan con los imanes permanentes del rotor. La posición de cada imán se determina mediante sensores de efecto Hall. A su vez, los polos del estator atraen imanes adecuados. Al mismo tiempo, los devanados restantes del estator se cargan con polaridad inversa. Estas fuerzas de atracción y repulsión se combinan para lograr la rotación y generar un par óptimo. Dado que todo esto se hace electrónicamente, es posible un seguimiento y control precisos del motor.
Ventajas de los motores EC
eficiencia energética
Los motores EC suelen tener una eficiencia superior al 90 % en comparación con los ventiladores tradicionales, lo que reduce el consumo de energía de los ventiladores EC hasta en un 70 %.
Al ajustar la velocidad de los motores EC para satisfacer la demanda, el potencial de ahorro de energía sigue creciendo. A continuación se muestran las eficiencias típicas de un motor de inducción de CA de 5 HP y 1800 RPM y motores EC equivalentes.
Incluso en comparación con el funcionamiento de encendido/apagado, la modulación de velocidad proporcionada por los ventiladores EC es mucho más eficiente. Por ejemplo, hacer funcionar un ventilador EC el 80 % del tiempo ahorra un 20 % de energía, mientras que hacerlo al 80 % de velocidad ahorra casi un 50 % de energía.
Esto sólo es posible con la tecnología EC, que ofrece una eficiencia muy alta en una amplia gama de velocidades. El beneficio más obvio de una alta eficiencia es la reducción del consumo de energía. Con el aumento de los precios de la energía, este es un factor clave a considerar. Para dar una visión general de su importancia, a continuación se ofrece un ejemplo de ahorro de energía al 50% de velocidad. Este ejemplo supone un costo promedio de $0,115/kWh, una eficiencia del variador de frecuencia (VFD) del 86 % y funcionamiento continuo del motor.
Si bien el ahorro anual puede parecer insignificante, es importante tener en cuenta que esto es para el reemplazo de un solo ventilador y no tiene en cuenta otras pérdidas como cables o correas. Además de los menores costos operativos, otro factor a considerar son los posibles reembolsos de servicios públicos. La alta eficiencia también aporta una serie de beneficios secundarios y terciarios, como se muestra en la siguiente figura.
Uno de los beneficios de la alta eficiencia es la reducción de la pérdida de energía al medio ambiente. Estas pérdidas suelen presentarse en forma de calor y sonido. Dado que los motores EC generan menos calor, sus devanados y cojinetes están sometidos a menos tensión, lo que prolonga la vida útil del motor. La temperatura de funcionamiento más baja también contribuye a una mayor eficiencia del sistema cuando se utiliza en aplicaciones de refrigeración. Al mismo tiempo, un funcionamiento más silencioso mejora el confort de los ocupantes.
Fácil de controlar
La alta eficiencia de los motores EC se debe principalmente a la electrónica integrada. La eficiencia se mantiene en todo el rango de velocidad operativa mediante el monitoreo continuo de la función del motor y el ajuste automático de las entradas de control. Los motores EC suelen ser capaces de reducir hasta el 20% de la velocidad máxima y al mismo tiempo mantener una eficiencia del 85%.
Los sensores que generan señales de 0-10 V, PWM o 4-20 mA se pueden conectar directamente a la mayoría de los motores EC. Esto proporciona control de velocidad sin la necesidad de complejos variadores de frecuencia (VFD).
Dependiendo de la aplicación, se pueden implementar métodos de control en bucle abierto y en bucle cerrado. Los ventiladores con motores EC pueden controlar la temperatura, la presión o elegir cualquier parámetro a medir. El control de presión constante es especialmente útil para aplicaciones de tuberías, mientras que el control de flujo de aire constante es ideal para aplicaciones de filtración. Alternativamente, se puede conectar un potenciómetro para proporcionar una forma manual de control de velocidad variable.
Versatilidad
La velocidad máxima de los motores de inducción de CA convencionales está limitada a una clasificación estándar llamada velocidad síncrona. Esta es una velocidad teórica basada en el número de polos electromagnéticos y la frecuencia de la fuente de alimentación.
Los motores EC, por otro lado, son capaces de exceder la velocidad nominal. Esto permite que los ventiladores con motores EC alcancen mayores capacidades en paquetes de ventiladores más pequeños, como se muestra a continuación. El rango operativo ampliado de los ventiladores EC facilita igualar el rendimiento de una aplicación determinada. La alta capacidad de un motor EC combinada con la capacidad de mantener la eficiencia con cargas parciales permite que un ventilador EC reemplace los ventiladores convencionales de muchos tipos y tamaños.
Aplicación del motor EC para aire acondicionado
En la impresión de todos, los acondicionadores de aire siempre necesitan mucha electricidad, esto se debe a que el motor del aire acondicionado necesita mucha electricidad para funcionar. Por lo tanto, durante mucho tiempo, la dirección de mejora de los acondicionadores de aire radica en la investigación de los motores de los acondicionadores de aire. El 'motor EC' se ha convertido en una dirección importante para mejorar la estructura del producto de los motores de aire acondicionado. No sólo tenemos motores EC para aires acondicionados, sino también motores EC para enfriadores de aire, motores EC para ventiladores de rotor externo.
La estructura motriz principal de un motor EC está compuesta por un variador y un motor; Nuestros motores DC sin escobillas generalmente tienen una potencia de 50W-4000W y un voltaje de 220V/380V.
Ventajas de los motores sin escobillas en aplicaciones:
Primero, se puede lograr una gama más amplia de velocidades planas. Los motores de CC sin escobillas son más fáciles de controlar y tienen un rango de velocidad más amplio. Es un verdadero sistema de regulación de velocidad continua, que puede ajustar libremente la capacidad de enfriamiento del sistema de refrigeración.
2. En el proceso de regulación de velocidad, la naturaleza de la carga en el circuito del motor no cambia, se generan menos armónicos, menos impacto en la red eléctrica y más ahorro de energía.
3. Durante el funcionamiento, el aumento de temperatura es relativamente bajo, aproximadamente un 20% menor que el del control de frecuencia del motor asíncrono de CA.
4. El sistema de control de velocidad tiene alta confiabilidad y buen desempeño dinámico. El motor EC tiene una alta confiabilidad y no cambia el rendimiento del circuito de la carga durante el proceso de ajuste, lo que hace que el sistema sea más estable.
De las características de los motores sin escobillas, se puede ver que el ahorro de energía, la reducción de ruido, la regulación precisa de la temperatura y la regulación continua de la velocidad son mejoras importantes en el rendimiento de los sistemas de refrigeración.
