Що таке EC двигун?
Двигуни з електронною комутацією (EC) призначені для роботи від джерела змінного струму (AC), але насправді вони більше схожі на двигуни постійного струму (DC). По суті, це безщіточні двигуни постійного струму з постійними магнітами з вбудованою електронікою.
Додана електроніка дозволяє електродвигунам EC поєднувати найкращі характеристики двигунів змінного та постійного струму, а потім покращувати їх. Таким чином, ЕС-двигуни є особливим класом.
Використовуючи цю технологію, EC-вентилятори є високоефективними та окупаються завдяки нижчим експлуатаційним витратам і довшому терміну служби. Вони також пропонують деякі експлуатаційні переваги, про які часто не помічають.
Дизайн двигуна
внутрішній ротор і зовнішній ротор
Електродвигуни бувають різних форм і розмірів, традиційний стиль – це конфігурація внутрішнього ротора. Статор (нерухома частина) двигуна з внутрішнім ротором закріплений на корпусі двигуна. Ротор (обертова частина) розташований всередині статора і передає крутний момент через вихідний вал. Крильчатка вентилятора зазвичай прикріплена до обертового валу.
Двигуни із зовнішнім ротором в основному мають протилежний напрямок, коли ротор обертається поза статором. Це усуває потребу у вихідному валу та значно зменшує загальну площу двигуна та робочого колеса. Крильчатку вентилятора можна приєднати безпосередньо до зовнішнього ротора, фактично утворюючи моторизовану крильчатку.
AC проти DC проти EC
Усі електродвигуни мають однакову функцію перетворення електричної енергії в механічну, але роблять це по-різному. Використовуваний метод значною мірою залежить від потужності, що подається на двигун, оскільки це впливає на те, як генерується та контролюється його магнітне поле. Тому двигуни зазвичай класифікуються як змінного струму, постійного струму або електродвигуни. У промисловості вентиляторів зазвичай використовуються асинхронні двигуни змінного струму, щіткові двигуни постійного струму та електродвигуни з постійними магнітами.
Асинхронні двигуни змінного струму мають електричні обмотки в статорі, які забезпечують змінний струм для створення обертового магнітного поля. Магнітне поле статора індукує струм у провідному короткозамкненому роторі, а взаємодія між двома полями створює крутний момент на роторі.
Оскільки частота мережі фіксована, двигуни змінного струму мають обмежений діапазон швидкості, тому вони розроблені для роботи в точці максимальної ефективності на кривій продуктивності.
За межами цього діапазону ефективність має тенденцію до значного зниження. Приводи змінної частоти (VFD) можна використовувати для збільшення або зменшення частоти живлення змінного струму, але вони, як правило, громіздкі та дорогі. Ось чому двигуни змінного струму найкраще підходять для застосувань, які не потребують змінної швидкості.
Щіткові двигуни постійного струму використовують постійні магніти в статорі для створення постійного магнітного поля. Електричні обмотки в роторі індукують напругу і на них впливає магнітне поле статора. Зміна напруги живлення може полегшити керування швидкістю для двигунів постійного струму, ніж для двигунів змінного струму.
Оскільки вони працюють від постійного струму, вони покладаються на вугільні щітки та колекторні кільця для перемикання напрямку струму. Зношення цих механічних частин призводить до збільшення шуму при роботі та скорочення терміну служби. Крім того, джерела живлення постійного струму не такі поширені, як раніше, тому покупка окремого випрямляча змінного струму означає додаткові витрати та складність.
EC-двигуни використовують постійні магніти та електричні обмотки для створення магнітного поля подібно до щіткового двигуна постійного струму. Однак, як випливає з назви, вони мають електронну комутацію, а не механічну комутацію. Це можливо лише шляхом інтеграції бортової електроніки в корпус електродвигуна.
Бортова електроніка включає випрямляч, який перетворює змінний струм на постійний. Потім вбудований контролер направляє потрібну кількість струму через кожну обмотку в правильному напрямку в правильний час. Це створює магнітні полюси в статорі, які взаємодіють з постійними магнітами в роторі. Положення кожного магніту визначається за допомогою датчиків Холла. Відповідні магніти в свою чергу притягуються до полюсів статора. При цьому інші обмотки статора заряджаються зі зворотною полярністю. Ці сили притягання та відштовхування поєднуються, щоб досягти обертання та створити оптимальний крутний момент. Оскільки все це виконується в електронному вигляді, можливий точний моніторинг і керування двигуном.
Переваги ЕС двигунів
енергоефективність
EC-двигуни, як правило, мають більш ніж 90% ефективності порівняно з традиційними вентиляторами, зменшуючи споживання енергії EC-вентиляторами до 70%.
Завдяки регулюванню швидкості електродвигунів відповідно до попиту потенціал економії енергії продовжує зростати. Нижче наведено типові показники ефективності для асинхронного двигуна змінного струму потужністю 5 к.с., 1800 об/хв та еквівалентних електродвигунів.
Навіть порівняно з режимом увімкнення/вимкнення, модуляція швидкості, що забезпечується ЕС-вентиляторами, набагато ефективніша. Наприклад, робота EC-вентилятора 80% часу економить 20% енергії, тоді як його робота на швидкості 80% економить майже 50% енергії.
Це можливо лише за допомогою технології EC, яка забезпечує дуже високу ефективність у широкому діапазоні швидкостей. Найбільш очевидною перевагою високої ефективності є зниження споживання енергії. Оскільки ціни на енергоносії зростають, це ключовий фактор, який слід враховувати. Щоб дати загальне уявлення про його важливість, нижче наведено приклад економії енергії на швидкості 50%. У цьому прикладі припускається, що середня вартість становить 0,115 доларів США/кВт-год, ефективність частотно-регулювального приводу (VFD) становить 86% і безперервна робота двигуна.
Хоча річна економія може здатися незначною, важливо зазначити, що це стосується заміни одного вентилятора й не враховує інші втрати, такі як дроти чи ремені. Окрім нижчих експлуатаційних витрат, ще одним фактором, який слід враховувати, є можливі знижки на комунальні послуги. Висока ефективність також забезпечує ряд вторинних і третинних переваг, як показано на малюнку нижче.
Однією з переваг високої ефективності є зменшення втрат енергії в навколишнє середовище. Ці втрати зазвичай відбуваються у вигляді тепла та звуку. Оскільки EC-двигуни виділяють менше тепла, їхні обмотки та підшипники зазнають менших навантажень, подовжуючи термін служби двигуна. Нижча робоча температура також сприяє вищій ефективності системи при використанні в системах охолодження. У той же час більш тиха робота покращує комфорт пасажирів.
Легко контролювати
Високий ККД електродвигунів EC здебільшого завдяки вбудованій електроніці. Ефективність підтримується в усьому робочому діапазоні швидкості завдяки безперервному моніторингу роботи двигуна та автоматичному регулюванню входів керування. EC-двигуни, як правило, здатні зменшувати швидкість до 20% повної швидкості, зберігаючи ККД 85%.
Датчики, які генерують сигнали 0-10 В, ШІМ або 4-20 мА, можна підключити безпосередньо до більшості електродвигунів. Це забезпечує контроль швидкості без потреби в складних частотно-регульованих приводах (VFD).
Залежно від застосування можуть бути реалізовані методи керування з відкритим і замкнутим контуром. Вентилятори з ЕС-двигунами можуть контролювати температуру, тиск або вибирати будь-який параметр для вимірювання. Контроль постійного тиску особливо корисний для застосування в трубопроводах, тоді як контроль постійного потоку повітря ідеально підходить для застосувань фільтрації. Крім того, можна підключити потенціометр, щоб забезпечити ручну форму регулювання швидкості.
Універсальність
Максимальна швидкість звичайних асинхронних двигунів змінного струму обмежена стандартною швидкістю, яка називається синхронною швидкістю. Це теоретична швидкість на основі кількості електромагнітних полюсів і частоти джерела живлення.
EC-двигуни, з іншого боку, здатні перевищувати номінальну швидкість. Це дає змогу вентиляторам із ЕС-двигунами досягати більшої потужності в менших корпусах вентиляторів, як показано нижче. Розширений робочий діапазон EC-вентиляторів дозволяє легко адаптувати продуктивність до конкретного застосування. Висока потужність ЕС-двигуна в поєднанні зі здатністю підтримувати ефективність при часткових навантаженнях дозволяє одному ЕС-вентилятору замінити звичайні вентилятори багатьох типів і розмірів.
Застосування двигуна EC для кондиціонування повітря
На думку кожного, кондиціонери завжди потребують багато електроенергії, тому що для роботи двигуна кондиціонера потрібно багато електроенергії. Тому тривалий час напрямок модернізації кондиціонерів лежить у дослідженні двигунів кондиціонерів. 'EC motor' став важливим напрямком модернізації структури двигунів кондиціонерів. У нас є не тільки ЕС-двигуни для кондиціонерів, а й ЕС-двигуни для повітроохолоджувачів, ЕС-двигуни для вентиляторів із зовнішнім ротором.
Основна рушійна структура двигуна ЕС складається з приводу та двигуна; наші безщіточні двигуни постійного струму зазвичай мають потужність 50-4000 Вт і напругу 220 В/380 В.
Переваги безщіткових двигунів в застосуванні:
1. можна досягти ширшого діапазону рівних швидкостей. Безщіточні двигуни постійного струму легше керувати та мають ширший діапазон обертів. Це справжня безступінчаста система регулювання швидкості, яка може вільно регулювати потужність охолодження холодильної системи.
2. У процесі регулювання швидкості характер навантаження в ланцюзі двигуна не змінюється, генерується менше гармонік, менше вплив на електромережу, більше енергозбереження.
3. Під час роботи підвищення температури відносно низьке, що приблизно на 20% нижче, ніж при регулюванні частоти асинхронного двигуна змінного струму.
4. Система контролю швидкості має високу надійність і хороші динамічні характеристики. EC двигун має високу надійність і не змінює характеристики схеми навантаження в процесі регулювання, роблячи систему більш стабільною.
З характеристик безщіткових двигунів можна побачити, що енергозбереження, зниження шуму, точне регулювання температури та плавне регулювання швидкості є важливими покращеннями продуктивності холодильних систем.
