Что такое ЕС-двигатель?
Двигатели с электронной коммутацией (EC) предназначены для работы от переменного тока (AC), но на самом деле они больше похожи на двигатели постоянного тока (DC). По сути, это бесщеточные двигатели постоянного тока с постоянными магнитами и встроенной электроникой.
Добавленная электроника позволяет ЕС-двигателям сочетать лучшие характеристики двигателей переменного и постоянного тока, а затем улучшать их. Таким образом, ЕС-двигатели занимают отдельный класс.
Благодаря использованию этой технологии ЕС-вентиляторы отличаются высокой эффективностью и окупают себя за счет снижения эксплуатационных расходов и увеличения срока службы. Они также предлагают некоторые эксплуатационные преимущества, которые часто упускаются из виду.
Дизайн двигателя
внутренний ротор и внешний ротор
Электродвигатели бывают разных форм и размеров, причем традиционный стиль представляет собой конфигурацию с внутренним ротором. Статор (неподвижная часть) двигателя с внутренним ротором прикреплен к корпусу двигателя. Ротор (вращающаяся часть) расположен внутри статора и передает крутящий момент через выходной вал. Крыльчатка вентилятора обычно прикреплена к вращающемуся валу.
Двигатели с внешним ротором в основном работают в противоположном направлении: ротор вращается вне статора. Это устраняет необходимость в выходном валу и значительно уменьшает общую площадь, занимаемую двигателем и крыльчаткой. Крыльчатка вентилятора может быть прикреплена непосредственно к внешнему ротору, образуя крыльчатку с электроприводом.
AC против постоянного тока против EC
Все электродвигатели имеют одну и ту же функцию преобразования электрической энергии в механическую, но делают это по-разному. Используемый метод во многом зависит от мощности, подаваемой на двигатель, поскольку это влияет на то, как генерируется и контролируется его магнитное поле. Поэтому двигатели обычно классифицируются как AC, DC или EC. В вентиляторной промышленности обычно используются асинхронные двигатели переменного тока, щеточные двигатели постоянного тока и ЕС-двигатели с постоянными магнитами.
Асинхронные двигатели переменного тока имеют электрические обмотки в статоре, которые обеспечивают переменный ток для создания вращающегося магнитного поля. Магнитное поле статора индуцирует ток в проводящем короткозамкнутом роторе, а взаимодействие между двумя полями создает крутящий момент на роторе.
Поскольку частота сети фиксирована, двигатели переменного тока имеют ограниченный диапазон скоростей, поэтому они предназначены для работы в точке пикового КПД на кривой производительности.
За пределами этого диапазона эффективность имеет тенденцию значительно падать. Частотно-регулируемые приводы (ЧРП) можно использовать для увеличения или уменьшения частоты сети переменного тока, но они, как правило, громоздки и дороги. Вот почему двигатели переменного тока лучше всего подходят для применений, не требующих регулирования скорости.
Коллекторные двигатели постоянного тока используют постоянные магниты в статоре для создания постоянного магнитного поля. Электрические обмотки ротора наводят напряжение и подвергаются воздействию магнитного поля статора. Изменение напряжения питания может облегчить управление скоростью двигателей постоянного тока, чем двигателей переменного тока.
Поскольку они работают от постоянного тока, для переключения направления тока они полагаются на угольные щетки и коллекторные кольца. Износ этих механических деталей приводит к увеличению шума при работе и сокращению срока службы. Кроме того, источники питания постоянного тока не так распространены, как раньше, поэтому покупка отдельного выпрямителя переменного тока в постоянный означает дополнительные затраты и сложность.
ЕС-двигатели используют постоянные магниты и электрические обмотки для создания магнитного поля аналогично коллекторному двигателю постоянного тока. Однако, как следует из названия, они коммутируются электронно, а не механически. Это возможно только за счет интеграции встроенной электроники в корпус ЕС-двигателя.
Встроенная электроника включает в себя выпрямитель, преобразующий переменный ток в постоянный. Затем встроенный контроллер направляет нужную величину тока через каждую обмотку в правильном направлении и в нужное время. Это создает магнитные полюса статора, которые взаимодействуют с постоянными магнитами ротора. Положение каждого магнита определяется с помощью датчиков Холла. Подходящие магниты, в свою очередь, притягиваются к полюсам статора. При этом остальные обмотки статора заряжаются обратной полярностью. Эти силы притяжения и отталкивания объединяются для достижения вращения и создания оптимального крутящего момента. Поскольку все это делается электронно, возможен точный мониторинг и управление двигателем.
Преимущества ЕС-двигателей
энергоэффективность
ЕС-двигатели обычно имеют КПД более 90 % по сравнению с традиционными вентиляторами, что позволяет снизить энергопотребление ЕС-вентиляторов до 70 %.
Регулируя скорость ЕС-двигателей в соответствии с потребностями, потенциал экономии энергии продолжает расти. Ниже показаны типичные значения эффективности асинхронного двигателя переменного тока мощностью 5 л.с., 1800 об/мин и эквивалентных ЕС-двигателей.
Даже по сравнению с режимом включения/выключения модуляция скорости, обеспечиваемая ЕС-вентиляторами, намного более эффективна. Например, работа ЕС-вентилятора в течение 80 % времени экономит 20 % энергии, а его работа на скорости 80 % экономит почти 50 % энергии.
Это возможно только с технологией EC, которая обеспечивает очень высокую эффективность в широком диапазоне скоростей. Наиболее очевидным преимуществом высокой эффективности является снижение энергопотребления. Учитывая рост цен на энергоносители, это ключевой фактор, который следует учитывать. Чтобы дать представление о его важности, ниже приведен пример энергосбережения при скорости 50%. В этом примере предполагается средняя стоимость 0,115 долл. США/кВтч, КПД преобразователя частоты (ЧРП) 86 % и непрерывная работа двигателя.
Хотя годовая экономия может показаться незначительной, важно отметить, что она рассчитана на замену одного вентилятора и не учитывает другие потери, такие как провода или ремни. Помимо более низких эксплуатационных расходов, еще одним фактором, который следует учитывать, являются возможные скидки на коммунальные услуги. Высокая эффективность также приносит ряд вторичных и третичных преимуществ, как показано на рисунке ниже.
Одним из преимуществ высокой эффективности является снижение потерь энергии в окружающую среду. Эти потери обычно проявляются в виде тепла и звука. Поскольку ЕС-двигатели выделяют меньше тепла, их обмотки и подшипники подвергаются меньшим нагрузкам, что продлевает срок службы двигателя. Более низкая рабочая температура также способствует повышению эффективности системы при использовании в системах охлаждения. В то же время более тихая работа повышает комфорт пассажиров.
Легко контролировать
Высокая эффективность ЕС-двигателей обусловлена главным образом встроенной электроникой. Эффективность поддерживается во всем рабочем диапазоне скоростей за счет постоянного мониторинга работы двигателя и автоматической регулировки входных сигналов управления. ЕС-двигатели обычно способны снижать скорость до 20 % от полной, сохраняя при этом КПД 85 %.
Датчики, генерирующие сигналы 0–10 В, ШИМ или 4–20 мА, можно подключать напрямую к большинству ЕС-двигателей. Это обеспечивает управление скоростью без необходимости использования сложных преобразователей частоты (ЧРП).
В зависимости от применения могут быть реализованы методы управления с разомкнутым и замкнутым контуром. Вентиляторы с ЕС-двигателями могут контролировать температуру, давление или выбирать любой измеряемый параметр. Постоянный контроль давления особенно полезен для трубопроводов, а постоянный контроль расхода воздуха идеально подходит для фильтрации. В качестве альтернативы можно подключить потенциометр для обеспечения ручного управления переменной скоростью.
Универсальность
Максимальная скорость обычных асинхронных двигателей переменного тока ограничена стандартной номинальной скоростью, называемой синхронной скоростью. Это теоретическая скорость, основанная на количестве электромагнитных полюсов и частоте источника питания.
ЕС-двигатели, напротив, способны развивать скорость, превышающую номинальную. Это позволяет вентиляторам с ЕС-двигателями достигать более высокой производительности в меньших по размеру агрегатах, как показано ниже. Расширенный рабочий диапазон ЕС-вентиляторов позволяет легко подобрать производительность для конкретного применения. Высокая мощность ЕС-двигателя в сочетании со способностью сохранять эффективность при частичных нагрузках позволяет одному ЕС-вентилятору заменить традиционные вентиляторы многих типов и размеров.
Применение EC-двигателя для кондиционирования воздуха
По общему мнению, кондиционерам всегда требуется много электроэнергии, потому что для работы двигателя кондиционера требуется много электроэнергии. Поэтому в течение долгого времени направление модернизации кондиционеров заключалось в исследовании двигателей кондиционеров. «EC-двигатель» стал важным направлением модернизации линейки двигателей для систем кондиционирования воздуха. У нас есть не только ЕС-двигатели для кондиционеров, но также ЕС-двигатели для воздухоохладителей, ЕС-двигатели для вентиляторов с внешним ротором.
Основная приводная конструкция ЕС-двигателя состоит из привода и двигателя; Наши бесщеточные двигатели постоянного тока обычно имеют мощность 50–4000 Вт и напряжение 220 В/380 В.
Преимущества бесщеточных двигателей в применении:
1. Можно достичь более широкого диапазона ровных скоростей. Бесщеточные двигатели постоянного тока проще в управлении и имеют более широкий диапазон скоростей. Это настоящая система бесступенчатого регулирования скорости, которая может свободно регулировать мощность охлаждения холодильной системы.
2. В процессе регулирования скорости характер нагрузки в цепи двигателя не меняется, генерируется меньше гармоник, меньше влияние на электросеть, больше энергосбережения.
3. Во время работы повышение температуры относительно невелико, что примерно на 20% ниже, чем при управлении частотой асинхронного двигателя переменного тока.
4. Система контроля скорости отличается высокой надежностью и хорошими динамическими характеристиками. ЕС-двигатель обладает высокой надежностью и не меняет характеристики цепи нагрузки в процессе регулировки, что делает систему более стабильной.
Из характеристик бесщеточных двигателей видно, что экономия энергии, снижение шума, точное регулирование температуры и бесступенчатое регулирование скорости являются важными улучшениями производительности холодильных систем.
