Động cơ EC là gì?
Động cơ chuyển mạch điện tử (EC) được thiết kế để chạy bằng nguồn điện xoay chiều (AC), nhưng thực tế chúng giống với động cơ dòng điện một chiều (DC). Về cơ bản, chúng là động cơ DC không chổi than nam châm vĩnh cửu có tích hợp thiết bị điện tử trên bo mạch.
Các thiết bị điện tử bổ sung cho phép động cơ EC kết hợp các đặc tính tốt nhất của động cơ AC và DC rồi cải thiện chúng. Do đó, động cơ EC được xếp vào loại riêng.
Bằng cách sử dụng công nghệ này, quạt EC có hiệu suất cao và tự chi trả nhờ chi phí vận hành thấp hơn và tuổi thọ dài hơn. Họ cũng cung cấp một số lợi thế hoạt động thường bị bỏ qua.
Thiết kế động cơ
rôto bên trong và rôto bên ngoài
Động cơ điện có nhiều hình dạng và kích cỡ, với kiểu dáng truyền thống là cấu hình rôto bên trong. Stator (bộ phận đứng yên) của động cơ rôto bên trong được cố định vào vỏ động cơ. Rôto (bộ phận quay) được đặt bên trong stato và truyền mô-men xoắn qua trục đầu ra. Cánh quạt thường được gắn vào một trục quay.
Động cơ rôto bên ngoài về cơ bản có hướng ngược lại, với rôto quay bên ngoài stato. Điều này giúp loại bỏ sự cần thiết của trục đầu ra và giảm đáng kể diện tích tổng thể của cụm động cơ và cánh quạt. Cánh quạt có thể được gắn trực tiếp vào rôto bên ngoài, tạo thành một cánh quạt có động cơ một cách hiệu quả.
AC so với DC so với EC
Tất cả các động cơ điện đều có cùng chức năng chuyển đổi năng lượng điện thành năng lượng cơ học, nhưng thực hiện khác nhau. Phương pháp được sử dụng phụ thuộc phần lớn vào nguồn điện cung cấp cho động cơ, vì điều này ảnh hưởng đến cách tạo ra và kiểm soát từ trường của động cơ. Vì vậy, động cơ thường được phân loại là AC, DC hoặc EC. Trong ngành công nghiệp quạt, động cơ cảm ứng xoay chiều, động cơ chổi than DC và động cơ nam châm vĩnh cửu EC được sử dụng phổ biến.
Động cơ cảm ứng xoay chiều có cuộn dây điện trong stato cung cấp dòng điện xoay chiều để tạo ra từ trường quay. Từ trường stato tạo ra dòng điện trong rôto lồng sóc dẫn điện và sự tương tác giữa hai từ trường tạo ra mômen xoắn trên rôto.
Vì tần số dòng là cố định nên động cơ AC có phạm vi tốc độ giới hạn nên chúng được thiết kế để hoạt động ở điểm hiệu suất cao nhất trên đường cong hiệu suất.
Ngoài phạm vi này, hiệu quả có xu hướng giảm đáng kể. Ổ đĩa biến tần (VFD) có thể được sử dụng để tăng hoặc giảm tần số của nguồn điện xoay chiều, nhưng chúng có xu hướng cồng kềnh và đắt tiền. Đây là lý do tại sao động cơ AC phù hợp nhất cho các ứng dụng không yêu cầu tốc độ thay đổi.
Động cơ chổi than DC sử dụng nam châm vĩnh cửu trong stato để cung cấp từ trường cố định. Các cuộn dây điện trong rôto tạo ra điện áp và bị ảnh hưởng bởi từ trường của stato. Việc thay đổi điện áp nguồn có thể giúp việc điều khiển tốc độ của động cơ DC dễ dàng hơn so với động cơ AC.
Vì chúng chạy bằng DC nên chúng dựa vào chổi than và vòng cổ góp để chuyển hướng dòng điện. Sự hao mòn của các bộ phận cơ khí này dẫn đến tiếng ồn khi chạy lớn hơn và tuổi thọ ngắn hơn. Ngoài ra, bộ nguồn DC không còn phổ biến như trước đây, vì vậy việc mua một bộ chỉnh lưu AC-to-DC riêng đồng nghĩa với việc tăng thêm chi phí và độ phức tạp.
Động cơ EC sử dụng nam châm vĩnh cửu và cuộn dây điện để tạo ra từ trường theo cách tương tự như động cơ DC có chổi than. Tuy nhiên, như tên cho thấy, chúng được chuyển mạch điện tử chứ không phải chuyển mạch cơ học. Điều này chỉ có thể thực hiện được bằng cách tích hợp các thiết bị điện tử trên bo mạch vào vỏ của động cơ EC.
Các thiết bị điện tử trên tàu bao gồm bộ chỉnh lưu chuyển đổi AC thành DC. Sau đó, bộ điều khiển tích hợp sẽ điều khiển lượng dòng điện chính xác qua mỗi cuộn dây theo đúng hướng vào đúng thời điểm. Điều này tạo ra các cực từ trong stato, tương tác với nam châm vĩnh cửu trong rôto. Vị trí của mỗi nam châm được xác định bằng cách sử dụng cảm biến hiệu ứng Hall. Các nam châm thích hợp lần lượt bị hút vào các cực của stato. Đồng thời, các cuộn dây stato còn lại được tích điện ngược cực. Các lực hấp dẫn và lực đẩy này kết hợp để đạt được chuyển động quay và tạo ra mô-men xoắn tối ưu. Vì tất cả đều được thực hiện bằng điện tử nên có thể giám sát và điều khiển động cơ chính xác.
Ưu điểm của động cơ EC
hiệu quả năng lượng
Động cơ EC thường có hiệu suất hơn 90% so với quạt truyền thống, giảm mức tiêu thụ năng lượng của quạt EC tới 70%.
Bằng cách điều chỉnh tốc độ của động cơ EC để đáp ứng nhu cầu, tiềm năng tiết kiệm năng lượng tiếp tục tăng lên. Dưới đây là hiệu suất điển hình của động cơ cảm ứng xoay chiều 5 HP, 1800 vòng/phút và động cơ EC tương đương.
Thậm chí so với hoạt động bật/tắt, việc điều chỉnh tốc độ do quạt EC cung cấp còn hiệu quả hơn nhiều. Ví dụ, chạy quạt EC 80% thời gian sẽ tiết kiệm 20% năng lượng, trong khi chạy quạt ở tốc độ 80% sẽ tiết kiệm gần 50% năng lượng.
Điều này chỉ có thể thực hiện được với công nghệ EC, mang lại hiệu suất rất cao trên nhiều tốc độ. Lợi ích rõ ràng nhất của hiệu quả cao là giảm tiêu thụ năng lượng. Với giá năng lượng tăng cao, đây là một yếu tố quan trọng cần xem xét. Để có cái nhìn tổng quan về tầm quan trọng của nó, dưới đây là một ví dụ về tiết kiệm năng lượng ở tốc độ 50%. Ví dụ này giả định chi phí trung bình là 0,115 USD/kWh, hiệu suất của bộ truyền động biến tần (VFD) là 86% và động cơ hoạt động liên tục.
Mặc dù khoản tiết kiệm hàng năm có vẻ không đáng kể nhưng điều quan trọng cần lưu ý là đây chỉ là thay thế một chiếc quạt và không tính đến những tổn thất khác như dây điện hoặc dây đai. Ngoài chi phí vận hành thấp hơn, một yếu tố khác cần xem xét là khả năng giảm giá tiện ích. Hiệu quả cao cũng mang lại một loạt lợi ích thứ cấp và thứ ba, như thể hiện trong hình bên dưới.
Một trong những lợi ích của hiệu suất cao là giảm tổn thất năng lượng ra môi trường. Những tổn thất này thường ở dạng nhiệt và âm thanh. Vì động cơ EC tạo ra ít nhiệt hơn nên cuộn dây và vòng bi của chúng chịu ít ứng suất hơn, kéo dài tuổi thọ của động cơ. Nhiệt độ hoạt động thấp hơn cũng góp phần mang lại hiệu quả hệ thống cao hơn khi sử dụng trong các ứng dụng làm mát. Đồng thời, khả năng vận hành êm ái hơn giúp cải thiện sự thoải mái cho người ngồi trong xe.
Dễ dàng kiểm soát
Hiệu suất cao của động cơ EC chủ yếu nhờ vào các thiết bị điện tử tích hợp. Hiệu quả được duy trì trong toàn bộ phạm vi tốc độ có thể hoạt động bằng cách liên tục theo dõi chức năng của động cơ và tự động điều chỉnh đầu vào điều khiển. Động cơ EC thường có khả năng giảm tốc độ tối đa xuống 20% trong khi vẫn duy trì hiệu suất 85%.
Các cảm biến tạo ra tín hiệu 0-10 V,PWM hoặc 4-20 mA có thể được kết nối trực tiếp với hầu hết các động cơ EC. Điều này cung cấp khả năng kiểm soát tốc độ mà không cần các bộ truyền động biến tần phức tạp (VFD).
Tùy thuộc vào ứng dụng, các phương pháp điều khiển vòng hở và vòng kín có thể được thực hiện. Quạt có động cơ EC có thể điều khiển nhiệt độ, áp suất hoặc chọn bất kỳ thông số nào cần đo. Kiểm soát áp suất không đổi đặc biệt hữu ích cho các ứng dụng đường ống, trong khi kiểm soát luồng không khí liên tục là lý tưởng cho các ứng dụng lọc. Ngoài ra, một chiết áp có thể được kết nối để cung cấp một hình thức điều khiển tốc độ thay đổi thủ công.
Tính linh hoạt
Tốc độ tối đa của động cơ cảm ứng xoay chiều thông thường được giới hạn ở mức tiêu chuẩn gọi là tốc độ đồng bộ. Đây là tốc độ lý thuyết dựa trên số cực điện từ và tần số của nguồn điện.
Mặt khác, động cơ EC có khả năng vượt quá tốc độ định mức. Điều này cho phép quạt có động cơ EC đạt được công suất cao hơn trong các gói quạt nhỏ hơn, như minh họa bên dưới. Phạm vi hoạt động mở rộng của quạt EC giúp dễ dàng điều chỉnh hiệu suất của một ứng dụng nhất định. Công suất cao của động cơ EC kết hợp với khả năng duy trì hiệu suất khi tải một phần cho phép một quạt EC thay thế các loại quạt thông thường ở nhiều loại và kích cỡ.
Ứng dụng động cơ EC cho điều hòa không khí
Trong ấn tượng của mọi người, máy điều hòa luôn cần rất nhiều điện, điều này là do động cơ điều hòa cần rất nhiều điện để chạy. Vì vậy, từ lâu, hướng nâng cấp máy điều hòa nằm ở việc nghiên cứu động cơ điều hòa. 'Động cơ EC' đã trở thành một hướng quan trọng để nâng cấp cơ cấu sản phẩm động cơ điều hòa không khí. Chúng tôi không chỉ có động cơ EC cho máy điều hòa không khí mà còn có động cơ EC cho máy làm mát không khí, động cơ EC cho quạt cánh quạt ngoài.
Cấu trúc dẫn động chính của động cơ EC bao gồm bộ truyền động và động cơ; Động cơ DC không chổi than của chúng tôi thường có công suất 50W-4000W và điện áp 220V/380V.
Ưu điểm của động cơ không chổi than trong ứng dụng:
1. có thể đạt được phạm vi tốc độ phẳng rộng hơn. Động cơ DC không chổi than dễ điều khiển hơn và có dải tốc độ rộng hơn. Đây là một hệ thống điều chỉnh tốc độ vô cấp thực sự, có thể tự do điều chỉnh công suất làm mát đầu ra của hệ thống lạnh.
2. Trong quá trình điều chỉnh tốc độ, bản chất của tải trong mạch động cơ không thay đổi, ít tạo ra sóng hài hơn, ít ảnh hưởng đến lưới điện hơn và tiết kiệm năng lượng hơn.
3. Trong quá trình vận hành, mức tăng nhiệt độ tương đối thấp, thấp hơn khoảng 20% so với điều khiển tần số động cơ không đồng bộ AC.
4. Hệ thống kiểm soát tốc độ có độ tin cậy cao và hiệu suất động tốt. Động cơ EC có độ tin cậy cao và không làm thay đổi hiệu suất mạch của tải trong quá trình điều chỉnh giúp hệ thống ổn định hơn.
Từ đặc điểm của động cơ không chổi than, có thể thấy rằng tiết kiệm năng lượng, giảm tiếng ồn, điều chỉnh nhiệt độ chính xác và điều chỉnh tốc độ vô cấp là những cải tiến hiệu suất quan trọng cho hệ thống lạnh.
