موتور EC و کاربردهای آن

موتور EC چیست؟

موتورهای کموتاسیون الکترونیکی (EC) برای کار با جریان متناوب (AC) طراحی شده اند، اما در واقع بیشتر شبیه موتورهای جریان مستقیم (DC) هستند. آنها اساساً موتورهای DC بدون جاروبک بدون آهنربا دائمی هستند که دارای تجهیزات الکترونیکی داخلی هستند.

الکترونیک اضافه شده به موتورهای EC اجازه می دهد تا بهترین ویژگی های موتورهای AC و DC را ترکیب کرده و سپس آنها را بهبود بخشند. بنابراین، موتورهای EC در یک کلاس خاص خود قرار دارند.

با استفاده از این فناوری، فن های EC بسیار کارآمد هستند و هزینه های خود را از طریق هزینه های عملیاتی کمتر و عمر طولانی تر می پردازند. آنها همچنین برخی از مزایای عملیاتی را ارائه می دهند که اغلب نادیده گرفته می شوند.

طراحی موتور

روتور داخلی و روتور بیرونی

موتورهای الکتریکی در اشکال و اندازه های مختلفی وجود دارند که سبک سنتی آن یک پیکربندی روتور داخلی است. استاتور (قطع ثابت) یک موتور روتور داخلی به محفظه موتور ثابت می شود. روتور (قسمت چرخان) در داخل استاتور قرار دارد و گشتاور را از طریق شفت خروجی منتقل می کند. یک پروانه فن معمولاً به یک محور چرخان متصل می شود.

موتورهای روتور بیرونی اساساً جهت مخالف هستند و روتور در خارج از استاتور می چرخد. این امر نیاز به شفت خروجی را از بین می برد و ردپای کلی مجموعه موتور و پروانه را تا حد زیادی کاهش می دهد. پروانه فن را می توان مستقیماً به روتور بیرونی متصل کرد و به طور موثر یک پروانه موتوری را تشکیل داد.

AC در مقابل DC در مقابل EC

همه موتورهای الکتریکی عملکرد یکسانی برای تبدیل انرژی الکتریکی به انرژی مکانیکی دارند، اما این کار را به گونه ای متفاوت انجام می دهند. روش مورد استفاده تا حد زیادی به توان عرضه شده به موتور بستگی دارد، زیرا این روش بر نحوه تولید و کنترل میدان مغناطیسی آن تأثیر می گذارد. بنابراین، موتورها معمولاً به عنوان AC، DC یا EC طبقه بندی می شوند. در صنعت فن معمولاً از موتورهای القایی AC، موتورهای برس DC و موتورهای آهنربای دائم EC استفاده می شود.

موتورهای القایی AC دارای سیم پیچ های الکتریکی در استاتور هستند که جریان متناوب را برای ایجاد یک میدان مغناطیسی دوار فراهم می کند. میدان مغناطیسی استاتور جریانی را در روتور قفس سنجاب رسانا القا می کند و برهمکنش بین دو میدان باعث ایجاد گشتاور روی روتور می شود.

از آنجایی که فرکانس خط ثابت است، موتورهای AC محدوده سرعت محدودی دارند، بنابراین برای کار در نقطه اوج بازده در منحنی عملکرد طراحی شده‌اند.

فراتر از این محدوده، کارایی به طور قابل توجهی کاهش می یابد. درایوهای فرکانس متغیر (VFD) را می توان برای افزایش یا کاهش فرکانس برق AC استفاده کرد، اما معمولاً حجیم و گران هستند. به همین دلیل است که موتورهای AC برای کاربردهایی که به سرعت متغیر نیاز ندارند، بهترین مناسب هستند.

موتورهای برس دار DC از آهنرباهای دائمی در استاتور برای ایجاد میدان مغناطیسی ثابت استفاده می کنند. سیم پیچ های الکتریکی در روتور ولتاژ را القا می کنند و تحت تاثیر میدان مغناطیسی استاتور قرار می گیرند. تغییر ولتاژ تغذیه می تواند کنترل سرعت را برای موتورهای DC آسان تر از موتورهای AC کند.

از آنجایی که آنها با DC کار می کنند، برای تغییر جهت جریان به برس های کربنی و حلقه های کموتاتور متکی هستند. فرسودگی این قطعات مکانیکی باعث صدای بلندتر و طول عمر کمتر می شود. همچنین، منابع تغذیه DC مانند گذشته رایج نیستند، بنابراین خرید یکسوساز AC-to-DC جداگانه به معنای هزینه و پیچیدگی بیشتر است.

موتورهای EC از آهنرباهای دائمی و سیم‌پیچ‌های الکتریکی برای تولید میدان مغناطیسی به روشی مشابه موتورهای DC استفاده می‌کنند. با این حال، همانطور که از نام آن پیداست، آنها به جای تغییر مکانیکی، به صورت الکترونیکی جابجا می شوند. این تنها با ادغام قطعات الکترونیکی موجود در محفظه موتور EC امکان پذیر است.

لوازم الکترونیکی روی برد شامل یکسو کننده است که AC را به DC تبدیل می کند. سپس یک کنترل کننده یکپارچه مقدار صحیح جریان را از طریق هر سیم پیچ در جهت صحیح در زمان صحیح هدایت می کند. این باعث ایجاد قطب های مغناطیسی در استاتور می شود که با آهنرباهای دائمی در روتور تعامل دارند. موقعیت هر آهنربا با استفاده از سنسورهای اثر هال تعیین می شود. آهنرباهای مناسب به نوبه خود به سمت قطب های استاتور جذب می شوند. در همان زمان، سیم پیچ های باقی مانده استاتور با قطبیت معکوس شارژ می شوند. این نیروهای جذاب و دافعه برای رسیدن به چرخش و ایجاد گشتاور بهینه ترکیب می شوند. از آنجایی که این همه به صورت الکترونیکی انجام می شود، نظارت و کنترل دقیق موتور امکان پذیر است.

مزایای موتورهای EC

بهره وری انرژی

موتورهای EC معمولاً بیش از 90٪ کارایی را در مقایسه با فن های سنتی دارند و مصرف انرژی فن EC را تا 70٪ کاهش می دهند.

با تنظیم سرعت موتورهای EC برای پاسخگویی به تقاضا، پتانسیل صرفه جویی در انرژی همچنان رو به رشد است. در زیر راندمان معمولی برای موتورهای القایی AC 5 اسب بخار، 1800 دور در دقیقه و موتورهای EC معادل نشان داده شده است.

حتی در مقایسه با عملکرد روشن/خاموش، مدولاسیون سرعت ارائه شده توسط فن های EC بسیار کارآمدتر است. به عنوان مثال، راه اندازی یک فن EC در 80 درصد مواقع، 20 درصد در مصرف انرژی صرفه جویی می کند، در حالی که کارکردن آن با سرعت 80 درصد، نزدیک به 50 درصد در مصرف انرژی صرفه جویی می کند. 

این تنها با فناوری EC امکان پذیر است که کارایی بسیار بالایی را در طیف وسیعی از سرعت ها ارائه می دهد. بارزترین مزیت راندمان بالا کاهش مصرف انرژی است. با افزایش قیمت انرژی، این یک عامل کلیدی است که باید در نظر گرفته شود. برای توضیح اجمالی اهمیت آن، نمونه ای از صرفه جویی در انرژی با سرعت 50 درصد در زیر آورده شده است. این مثال هزینه متوسط ​​0.115 دلار بر کیلووات ساعت، راندمان درایو فرکانس متغیر (VFD) 86 درصد و کارکرد مداوم موتور را در نظر گرفته است.

در حالی که صرفه جویی سالانه ممکن است ناچیز به نظر برسد، مهم است که توجه داشته باشید که این برای تعویض یک فن است و سایر تلفات مانند سیم یا تسمه را در نظر نمی گیرد. علاوه بر کاهش هزینه‌های عملیاتی، عامل دیگری که باید در نظر گرفته شود، تخفیف‌های احتمالی آب و برق است. راندمان بالا همچنین یک سری مزایای ثانویه و ثالث را به همراه دارد که در شکل زیر نشان داده شده است.

یکی از مزایای راندمان بالا کاهش اتلاف انرژی برای محیط زیست است. این تلفات معمولاً به صورت گرما و صوت است. از آنجایی که موتورهای EC گرمای کمتری تولید می‌کنند، سیم‌پیچ‌ها و یاتاقان‌های آن‌ها تحت فشار کمتری قرار دارند و عمر موتور را افزایش می‌دهند. دمای عملیاتی پایین‌تر نیز به راندمان بالاتر سیستم در هنگام استفاده در برنامه‌های خنک‌کننده کمک می‌کند. در عین حال، عملکرد ساکت تر، راحتی سرنشینان را بهبود می بخشد.

آسان برای کنترل

راندمان بالای موتورهای EC عمدتاً به دلیل الکترونیک یکپارچه است. با نظارت مداوم بر عملکرد موتور و تنظیم خودکار ورودی های کنترل، کارایی در کل محدوده سرعت قابل اجرا حفظ می شود. موتورهای EC معمولاً می‌توانند تا 20 درصد از سرعت کامل را کاهش دهند و در عین حال راندمان 85 درصد را حفظ کنند.

سنسورهایی که سیگنال های 0-10 ولت، PWM یا 4-20 میلی آمپر تولید می کنند، می توانند مستقیماً به اکثر موتورهای EC متصل شوند. این کنترل سرعت را بدون نیاز به درایوهای فرکانس متغیر پیچیده (VFD) فراهم می کند.

بسته به کاربرد، روش های کنترل حلقه باز و حلقه بسته قابل پیاده سازی هستند. فن هایی با موتورهای EC می توانند دما، فشار را کنترل کنند یا هر پارامتری را برای اندازه گیری انتخاب کنند. کنترل فشار ثابت به ویژه برای کاربردهای خط لوله مفید است، در حالی که کنترل جریان هوای ثابت برای کاربردهای فیلتراسیون ایده آل است. از طرف دیگر، یک پتانسیومتر را می توان برای ارائه یک فرم دستی کنترل سرعت متغیر متصل کرد.

تطبیق پذیری

حداکثر سرعت موتورهای القایی AC معمولی به یک درجه بندی استاندارد به نام سرعت سنکرون محدود می شود. این یک سرعت تئوری بر اساس تعداد قطب های الکترومغناطیسی و فرکانس منبع تغذیه است.

از طرف دیگر، موتورهای EC می توانند از سرعت نامی تجاوز کنند. این به فن هایی با موتورهای EC این امکان را می دهد تا در بسته های کوچکتر فن مانند زیر به ظرفیت های بالاتری دست یابند. گستره عملیاتی گسترده فن‌های EC، مطابقت با عملکرد یک برنامه خاص را آسان می‌کند. ظرفیت بالای یک موتور EC همراه با توانایی حفظ راندمان در بارهای جزئی، یک فن EC را قادر می سازد تا جایگزین فن های معمولی در انواع و اندازه های مختلف شود.

کاربرد موتور EC برای تهویه مطبوع

در تصور همه، کولر گازی ها همیشه به برق زیادی نیاز دارند، این به این دلیل است که موتور کولر گازی برای کارکردن به برق زیادی نیاز دارد. بنابراین، برای مدت طولانی، جهت ارتقاء کولر گازی در تحقیقات موتورهای تهویه مطبوع نهفته است. 'موتور EC' به یک جهت مهم برای ارتقاء ساختار محصول موتورهای تهویه مطبوع تبدیل شده است. ما نه تنها موتورهای EC برای تهویه مطبوع، بلکه موتورهای EC برای کولرهای هوا، موتورهای EC برای فن های روتور خارجی نیز داریم.

ساختار اصلی محرک موتور EC از یک درایو و یک موتور تشکیل شده است. موتورهای DC بدون جاروبک ما معمولاً دارای توان 50 وات تا 4000 وات و ولتاژ 220 ولت / 380 ولت هستند.

مزایای موتورهای براشلس در کاربردها:

1. طیف وسیع تری از سرعت های مسطح را می توان به دست آورد. کنترل موتورهای DC بدون جاروبک آسان‌تر است و محدوده سرعت بیشتری دارند. این یک سیستم تنظیم سرعت بدون پله واقعی است که می تواند آزادانه ظرفیت خنک کننده خروجی سیستم تبرید را تنظیم کند.

2. در فرآیند تنظیم سرعت، ماهیت بار در مدار موتور تغییر نمی کند، هارمونیک های کمتری تولید می شود، تاثیر کمتری بر شبکه برق ایجاد می کند و صرفه جویی در مصرف انرژی بیشتر می شود.

3. در حین کار، افزایش دما نسبتاً کم است، که حدود 20٪ کمتر از کنترل فرکانس موتور ناهمزمان AC است.

4. سیستم کنترل سرعت دارای قابلیت اطمینان بالا و عملکرد دینامیکی خوب است. موتور EC از قابلیت اطمینان بالایی برخوردار است و عملکرد مدار بار را در طول فرآیند تنظیم تغییر نمی دهد و سیستم را پایدارتر می کند.

از ویژگی های موتورهای براشلس می توان دریافت که صرفه جویی در انرژی، کاهش نویز، تنظیم دقیق دما و تنظیم سرعت بدون پله، بهبود عملکرد مهم سیستم های تبرید است.