Cos'è un motore EC?
I motori a commutazione elettronica (EC) sono progettati per funzionare con alimentazione a corrente alternata (CA), ma in realtà sono più simili ai motori a corrente continua (CC). Sono essenzialmente motori DC brushless a magneti permanenti con elettronica integrata a bordo.
L'elettronica aggiunta consente ai motori EC di combinare le migliori caratteristiche dei motori AC e DC e quindi di migliorarle. Pertanto i motori EC costituiscono una classe a sé stante.
Utilizzando questa tecnologia, i ventilatori EC sono altamente efficienti e si ammortizzano grazie a costi operativi inferiori e una maggiore durata. Offrono anche alcuni vantaggi operativi che spesso vengono trascurati.
Progettazione del motore
rotore interno e rotore esterno
I motori elettrici sono disponibili in molte forme e dimensioni, lo stile tradizionale è una configurazione a rotore interno. Lo statore (parte fissa) di un motore a rotore interno è fissato all'alloggiamento del motore. Il rotore (parte rotante) si trova all'interno dello statore e trasmette la coppia attraverso l'albero di uscita. La girante di un ventilatore è solitamente fissata a un albero rotante.
I motori a rotore esterno sono sostanzialmente nella direzione opposta, con il rotore che gira all'esterno dello statore. Ciò elimina la necessità di un albero di uscita e riduce notevolmente l'ingombro complessivo del gruppo motore e girante. La girante del ventilatore può essere fissata direttamente al rotore esterno, formando di fatto una girante motorizzata.
AC contro DC contro EC
Tutti i motori elettrici hanno la stessa funzione di convertire l'energia elettrica in energia meccanica, ma lo fanno in modo diverso. Il metodo utilizzato dipende in gran parte dalla potenza fornita al motore, poiché questa influisce sul modo in cui il suo campo magnetico viene generato e controllato. Pertanto, i motori sono generalmente classificati come AC, DC o EC. Nel settore dei ventilatori vengono comunemente utilizzati motori a induzione CA, motori a spazzole CC e motori a magneti permanenti EC.
I motori a induzione CA hanno avvolgimenti elettrici nello statore che forniscono corrente alternata per creare un campo magnetico rotante. Il campo magnetico dello statore induce una corrente nel rotore conduttivo a gabbia di scoiattolo e l'interazione tra i due campi genera coppia sul rotore.
Poiché la frequenza di linea è fissa, i motori CA hanno un intervallo di velocità limitato, quindi sono progettati per funzionare al punto di massima efficienza sulla curva delle prestazioni.
Al di là di questo intervallo, l’efficienza tende a diminuire in modo significativo. Gli azionamenti a frequenza variabile (VFD) possono essere utilizzati per aumentare o diminuire la frequenza dell'alimentazione CA, ma tendono ad essere ingombranti e costosi. Questo è il motivo per cui i motori CA sono più adatti per applicazioni che non richiedono velocità variabile.
I motori DC con spazzole utilizzano magneti permanenti nello statore per fornire un campo magnetico fisso. Gli avvolgimenti elettrici nel rotore inducono tensioni e sono influenzati dal campo magnetico dello statore. La modifica della tensione di alimentazione può rendere più semplice il controllo della velocità per i motori CC rispetto ai motori CA.
Poiché funzionano a corrente continua, si affidano a spazzole di carbone e anelli commutatori per cambiare la direzione della corrente. L'usura di queste parti meccaniche comporta un rumore di funzionamento più elevato e una minore aspettativa di vita. Inoltre, gli alimentatori CC non sono così comuni come una volta, quindi l'acquisto di un raddrizzatore CA-CC separato comporta costi e complessità aggiuntivi.
I motori EC utilizzano magneti permanenti e avvolgimenti elettrici per generare un campo magnetico in modo simile a un motore DC con spazzole. Tuttavia, come suggerisce il nome, sono commutati elettronicamente anziché meccanicamente. Ciò è possibile solo integrando l'elettronica di bordo nell'alloggiamento del motore EC.
L'elettronica di bordo include un raddrizzatore che converte la corrente alternata in corrente continua. Un controller integrato dirige quindi la corretta quantità di corrente attraverso ciascun avvolgimento nella direzione corretta al momento giusto. Ciò crea poli magnetici nello statore, che interagiscono con i magneti permanenti nel rotore. La posizione di ciascun magnete viene determinata utilizzando sensori ad effetto Hall. Opportuni magneti vengono a loro volta attratti dai poli dello statore. Allo stesso tempo, i restanti avvolgimenti dello statore vengono caricati con polarità inversa. Queste forze attrattive e repulsive si combinano per ottenere la rotazione e generare una coppia ottimale. Poiché tutto avviene elettronicamente, è possibile un monitoraggio e un controllo preciso del motore.
Vantaggi dei motori EC
efficienza energetica
I motori EC hanno in genere un'efficienza superiore al 90% rispetto ai ventilatori tradizionali, riducendo il consumo energetico dei ventilatori EC fino al 70%.
Regolando la velocità dei motori EC per soddisfare la domanda, il potenziale di risparmio energetico continua a crescere. Di seguito sono mostrate le efficienze tipiche di un motore a induzione CA da 5 HP, 1800 giri/min e di motori EC equivalenti.
Anche rispetto al funzionamento on/off, la modulazione della velocità fornita dai ventilatori EC è molto più efficiente. Ad esempio, far funzionare una ventola EC per l'80% del tempo consente di risparmiare il 20% di energia, mentre farla funzionare all'80% della velocità consente di risparmiare quasi il 50% di energia.
Ciò è possibile solo con la tecnologia EC, che offre un'efficienza molto elevata in un'ampia gamma di velocità. Il vantaggio più evidente dell’alta efficienza è il ridotto consumo energetico. Con l’aumento dei prezzi dell’energia, questo è un fattore chiave da considerare. Per dare una panoramica della sua importanza, di seguito viene riportato un esempio di risparmio energetico al 50% della velocità. Questo esempio presuppone un costo medio di 0,115 $/kWh, un'efficienza del convertitore di frequenza (VFD) dell'86% e un funzionamento continuo del motore.
Anche se il risparmio annuale può sembrare trascurabile, è importante notare che si tratta della sostituzione di una singola ventola e non tiene conto di altre perdite come cavi o cinghie. Oltre ai minori costi operativi, un altro fattore da considerare sono i possibili sconti sulle utenze. L’alta efficienza porta anche una serie di vantaggi secondari e terziari, come mostrato nella figura seguente.
Uno dei vantaggi dell’alta efficienza è la ridotta perdita di energia nell’ambiente. Queste perdite di solito si presentano sotto forma di calore e suono. Poiché i motori EC generano meno calore, gli avvolgimenti e i cuscinetti sono sottoposti a meno stress, prolungando la durata del motore. La temperatura operativa più bassa contribuisce anche a una maggiore efficienza del sistema quando utilizzato in applicazioni di raffreddamento. Allo stesso tempo, un funzionamento più silenzioso migliora il comfort degli occupanti.
Facile da controllare
L'elevata efficienza dei motori EC è dovuta principalmente all'elettronica integrata. L'efficienza viene mantenuta nell'intero intervallo di velocità operativa monitorando continuamente la funzione del motore e regolando automaticamente gli ingressi di controllo. I motori EC sono generalmente in grado di ridurre la velocità massima al 20% pur mantenendo un'efficienza dell'85%.
I sensori che generano segnali 0-10 V, PWM o 4-20 mA possono essere collegati direttamente alla maggior parte dei motori EC. Ciò fornisce il controllo della velocità senza la necessità di complessi azionamenti a frequenza variabile (VFD).
A seconda dell'applicazione è possibile implementare metodi di controllo ad anello aperto e ad anello chiuso. I ventilatori con motori EC possono controllare la temperatura, la pressione o scegliere qualsiasi parametro da misurare. Il controllo costante della pressione è particolarmente utile per le applicazioni su tubazioni, mentre il controllo costante del flusso d'aria è ideale per le applicazioni di filtrazione. In alternativa, è possibile collegare un potenziometro per fornire una forma manuale di controllo della velocità variabile.
Versatilità
La velocità massima dei motori a induzione CA convenzionali è limitata a un valore standard chiamato velocità sincrona. Si tratta di una velocità teorica basata sul numero di poli elettromagnetici e sulla frequenza dell'alimentazione.
I motori EC, invece, sono in grado di superare la velocità nominale. Ciò consente ai ventilatori con motori EC di raggiungere capacità più elevate in gruppi di ventilatori più piccoli, come mostrato di seguito. Il campo operativo esteso dei ventilatori EC semplifica l'adattamento delle prestazioni di una determinata applicazione. L'elevata capacità di un motore EC combinata con la capacità di mantenere l'efficienza a carichi parziali consente a un ventilatore EC di sostituire i ventilatori convenzionali di molti tipi e dimensioni.
Applicazione del motore EC per il condizionamento dell'aria
Secondo tutti, i condizionatori hanno sempre bisogno di molta elettricità, questo perché il motore del condizionatore ha bisogno di molta elettricità per funzionare. Pertanto, da molto tempo, la direzione del miglioramento dei condizionatori d'aria risiede nella ricerca sui motori dei condizionatori. Il 'motore EC' è diventato una direzione importante per l'aggiornamento della struttura del prodotto dei motori per il condizionamento dell'aria. Non abbiamo solo motori EC per condizionatori d'aria, ma anche motori EC per raffreddatori d'aria, motori EC per ventilatori a rotore esterno.
La struttura motrice principale di un motore EC è composta da un azionamento e un motore; i nostri motori DC brushless hanno generalmente una potenza di 50W-4000W e una tensione di 220V/380V.
Vantaggi dei motori brushless nelle applicazioni:
1. è possibile ottenere una gamma più ampia di velocità piatte. I motori CC senza spazzole sono più facili da controllare e hanno una gamma di velocità più ampia. Si tratta di un vero e proprio sistema di regolazione continua della velocità, che può regolare liberamente la capacità di raffreddamento del sistema di refrigerazione.
2. Nel processo di regolazione della velocità, la natura del carico nel circuito del motore non cambia, vengono generate meno armoniche, meno impatto sulla rete elettrica e maggiore risparmio energetico.
3. Durante il funzionamento, l'aumento della temperatura è relativamente basso, circa il 20% inferiore a quello del controllo della frequenza del motore asincrono CA.
4. Il sistema di controllo della velocità ha un'elevata affidabilità e buone prestazioni dinamiche. Il motore EC ha un'elevata affidabilità e non modifica le prestazioni del circuito del carico durante il processo di regolazione, rendendo il sistema più stabile.
Dalle caratteristiche dei motori brushless si può vedere che il risparmio energetico, la riduzione del rumore, la regolazione precisa della temperatura e la regolazione continua della velocità sono importanti miglioramenti delle prestazioni dei sistemi di refrigerazione.
