O que é um motor EC?
Os motores comutados eletronicamente (EC) são projetados para funcionar com corrente alternada (CA), mas na verdade são mais semelhantes aos motores de corrente contínua (CC). Eles são essencialmente motores DC sem escovas de ímã permanente com componentes eletrônicos integrados.
A eletrônica adicionada permite que os motores EC combinem as melhores características dos motores CA e CC e depois melhorem-nas. Portanto, os motores EC pertencem a uma classe própria.
Ao utilizar esta tecnologia, os ventiladores EC são altamente eficientes e se pagam através de custos operacionais mais baixos e vida útil mais longa. Eles também oferecem algumas vantagens operacionais que muitas vezes são ignoradas.
Projeto de motores
rotor interno e rotor externo
Os motores elétricos vêm em vários formatos e tamanhos, sendo o estilo tradicional uma configuração de rotor interno. O estator (parte estacionária) de um motor com rotor interno é fixado à carcaça do motor. O rotor (parte rotativa) está localizado dentro do estator e transmite torque através do eixo de saída. Um impulsor de ventilador geralmente é conectado a um eixo giratório.
Os motores de rotor externo têm basicamente a direção oposta, com o rotor girando fora do estator. Isto elimina a necessidade de um eixo de saída e reduz bastante a área ocupada pelo conjunto do motor e do impulsor. O impulsor do ventilador pode ser conectado diretamente ao rotor externo, formando efetivamente um impulsor motorizado.
AC x DC x CE
Todos os motores elétricos têm a mesma função de converter energia elétrica em energia mecânica, mas fazem isso de forma diferente. O método utilizado depende em grande parte da potência fornecida ao motor, pois isso afeta a forma como o seu campo magnético é gerado e controlado. Portanto, os motores são geralmente classificados como AC, DC ou EC. Na indústria de ventiladores, motores de indução CA, motores de escova CC e motores de ímã permanente EC são comumente usados.
Os motores de indução CA possuem enrolamentos elétricos no estator que fornecem corrente alternada para criar um campo magnético rotativo. O campo magnético do estator induz uma corrente no rotor condutor de gaiola de esquilo, e a interação entre os dois campos gera torque no rotor.
Como a frequência da linha é fixa, os motores CA têm uma faixa de velocidade limitada e, portanto, são projetados para operar no ponto de eficiência máxima da curva de desempenho.
Além desta faixa, a eficiência tende a cair significativamente. Inversores de frequência variável (VFDs) podem ser usados para aumentar ou diminuir a frequência da energia CA, mas tendem a ser volumosos e caros. É por isso que os motores CA são mais adequados para aplicações que não requerem velocidade variável.
Os motores CC escovados usam ímãs permanentes no estator para fornecer um campo magnético fixo. Os enrolamentos elétricos no rotor induzem tensões e são afetados pelo campo magnético do estator. Alterar a tensão de alimentação pode tornar o controle de velocidade mais fácil para motores CC do que para motores CA.
Como funcionam em corrente contínua, eles contam com escovas de carvão e anéis comutadores para mudar a direção da corrente. O desgaste dessas peças mecânicas resulta em ruído de funcionamento mais alto e menor expectativa de vida útil. Além disso, as fontes de alimentação CC não são tão comuns como costumavam ser, portanto, comprar um retificador CA para CC separado significa custo e complexidade adicionais.
Os motores EC usam ímãs permanentes e enrolamentos elétricos para gerar um campo magnético de maneira semelhante a um motor DC com escovas. No entanto, como o nome sugere, eles são comutados eletronicamente, em vez de comutados mecanicamente. Isto só é possível integrando a eletrônica de bordo na carcaça do motor EC.
A eletrônica integrada inclui um retificador que converte CA em CC. Um controlador integrado então direciona a quantidade correta de corrente através de cada enrolamento na direção correta e no momento correto. Isso cria pólos magnéticos no estator, que interagem com ímãs permanentes no rotor. A posição de cada ímã é determinada usando sensores de efeito Hall. Ímãs adequados são, por sua vez, atraídos pelos pólos do estator. Ao mesmo tempo, os enrolamentos restantes do estator são carregados com polaridade reversa. Essas forças atrativas e repulsivas se combinam para atingir a rotação e gerar o torque ideal. Como tudo isso é feito eletronicamente, é possível monitorar e controlar o motor com precisão.
Vantagens dos motores EC
eficiência energética
Os motores EC são normalmente mais de 90% eficientes em comparação com os ventiladores tradicionais, reduzindo o consumo de energia dos ventiladores EC em até 70%.
Ao ajustar a velocidade dos motores EC para satisfazer a procura, o potencial de poupança de energia continua a crescer. Abaixo são mostradas as eficiências típicas de um motor de indução CA de 5 HP, 1.800 RPM e motores EC equivalentes.
Mesmo em comparação com a operação liga/desliga, a modulação de velocidade fornecida pelos ventiladores EC é muito mais eficiente. Por exemplo, operar um ventilador EC 80% do tempo economiza 20% de energia, enquanto operá-lo a 80% da velocidade economiza quase 50% de energia.
Isto só é possível com a tecnologia EC, que oferece uma eficiência muito elevada numa vasta gama de velocidades. O benefício mais óbvio da alta eficiência é a redução do consumo de energia. Com o aumento dos preços da energia, este é um factor-chave a considerar. Para dar uma visão geral da sua importância, é dado abaixo um exemplo de poupança de energia a 50% da velocidade. Este exemplo pressupõe um custo médio de US$ 0,115/kWh, uma eficiência do inversor de frequência variável (VFD) de 86% e operação contínua do motor.
Embora a economia anual possa parecer insignificante, é importante observar que se trata de uma única substituição de ventilador e não leva em consideração outras perdas, como fios ou correias. Além dos custos operacionais mais baixos, outro fator a considerar são os possíveis descontos de serviços públicos. A alta eficiência também traz uma série de benefícios secundários e terciários, conforme mostra a figura abaixo.
Um dos benefícios da alta eficiência é a redução da perda de energia para o meio ambiente. Essas perdas geralmente ocorrem na forma de calor e som. Como os motores EC geram menos calor, seus enrolamentos e rolamentos sofrem menos tensão, prolongando a vida útil do motor. A temperatura operacional mais baixa também contribui para uma maior eficiência do sistema quando utilizado em aplicações de resfriamento. Ao mesmo tempo, uma operação mais silenciosa melhora o conforto dos ocupantes.
Fácil de controlar
A alta eficiência dos motores EC se deve principalmente à eletrônica integrada. A eficiência é mantida em toda a faixa de velocidade operacional, monitorando continuamente a função do motor e ajustando automaticamente as entradas de controle. Os motores EC são normalmente capazes de reduzir até 20% da velocidade total, mantendo ainda 85% de eficiência.
Sensores que geram sinais de 0 a 10 V, PWM ou 4 a 20 mA podem ser conectados diretamente à maioria dos motores EC. Isso fornece controle de velocidade sem a necessidade de inversores de frequência variáveis (VFDs) complexos.
Dependendo da aplicação, métodos de controle em malha aberta e em malha fechada podem ser implementados. Ventiladores com motores EC podem controlar temperatura, pressão ou escolher qualquer parâmetro a ser medido. O controle de pressão constante é especialmente útil para aplicações em tubulações, enquanto o controle de fluxo de ar constante é ideal para aplicações de filtração. Alternativamente, um potenciômetro pode ser conectado para fornecer uma forma manual de controle de velocidade variável.
Versatilidade
A velocidade máxima dos motores de indução CA convencionais é limitada a uma classificação padrão chamada velocidade síncrona. Esta é uma velocidade teórica baseada no número de pólos eletromagnéticos e na frequência da fonte de alimentação.
Os motores EC, por outro lado, são capazes de exceder a velocidade nominal. Isto permite que ventiladores com motores EC alcancem capacidades mais altas em conjuntos de ventiladores menores, conforme mostrado abaixo. A faixa operacional estendida dos ventiladores EC facilita a adequação ao desempenho de uma determinada aplicação. A alta capacidade de um motor EC combinada com a capacidade de manter a eficiência em cargas parciais permite que um ventilador EC substitua ventiladores convencionais de vários tipos e tamanhos.
Aplicação de Motor EC para Ar Condicionado
Na impressão de todos, os aparelhos de ar condicionado sempre precisam de muita energia elétrica, isso porque o motor do ar condicionado precisa de muita energia elétrica para funcionar. Portanto, por muito tempo, a direção de atualização dos aparelhos de ar condicionado reside na pesquisa de motores de ar condicionado. 'Motor CE' tornou-se uma direção importante para atualizar a estrutura de produtos de motores de ar condicionado. Não temos apenas motores EC para condicionadores de ar, mas também motores EC para refrigeradores de ar, motores EC para ventiladores de rotor externo.
A estrutura de acionamento principal de um motor EC é composta por um acionamento e um motor; nossos motores DC sem escova geralmente têm uma potência de 50W-4000W e uma tensão de 220V/380V.
Vantagens dos motores sem escova nas aplicações:
1. uma faixa mais ampla de velocidades planas pode ser alcançada. Os motores DC sem escova são mais fáceis de controlar e possuem uma faixa de velocidade mais ampla. É um verdadeiro sistema de regulação de velocidade contínua, que pode ajustar livremente a saída da capacidade de resfriamento do sistema de refrigeração.
2. No processo de regulação de velocidade, a natureza da carga no circuito do motor não muda, menos harmônicos são gerados, menos impacto na rede elétrica e mais economia de energia.
3. Durante a operação, o aumento da temperatura é relativamente baixo, cerca de 20% menor do que o controle de frequência do motor assíncrono CA.
4. O sistema de controle de velocidade tem alta confiabilidade e bom desempenho dinâmico. O motor EC possui alta confiabilidade e não altera o desempenho do circuito da carga durante o processo de ajuste, tornando o sistema mais estável.
A partir das características dos motores sem escova, pode-se observar que a economia de energia, a redução de ruído, a regulação precisa da temperatura e a regulação contínua da velocidade são importantes melhorias de desempenho para sistemas de refrigeração.
