Jak napájet EC ventilátor v chladičích. EC motory ve ventilaci

01.10.2019

Energetická účinnost zařízení do značné míry závisí na energetické účinnosti komponent a technických řešení v něm použitých. V poslední době se staly populární aplikace v kompresorech, čerpadlech a ventilátorech motorů s proměnnými otáčkami.

Zvyšte efektivitu optimalizací použitých komponent

Spolu s vysoce účinnými indukčními motory jsou nyní široce používány motory s rotory s permanentními magnety, které mají vysokou účinnost. Motory využívající tuto technologii jsou v průmyslu HVAC široce známé jako elektronicky komutované (EC) motory. EC motory se obvykle používají ve ventilátorech s externím rotorem.

Aby bylo možné použít EC technologii v různých průmyslových odvětvích, Danfoss využil časem prověřený algoritmus VVC+ a optimalizoval jej pro práci se synchronními motory s permanentními magnety. Účinnost tohoto typu motorů, často zkráceně označovaných jako motory s permanentními magnety (PM), je srovnatelná s účinností EC motorů. Konstrukce PM motorů zároveň odpovídá normám IEC, což usnadňuje jejich integraci do nových i stávajících systémů a výrazně zjednodušuje uvádění motorů do provozu.

Technologie Danfoss EC+ umožňuje použití PM motorů vyhovujících IEC s frekvenčními měniči Danfoss VLT.

Normy energetické účinnosti

Zvýšení účinnosti systému je snadný způsob, jak snížit spotřebu energie systému. Z tohoto důvodu Evropská unie schválila minimální normy energetické účinnosti pro řadu technických zařízení. Takže pro třífázové indukční motory byl zaveden standard minimální energetické účinnosti (MEPS) (viz tabulka).

Stůl. Normy MEPS pro elektromotory

Pro dosažení maximální energetické účinnosti je však třeba věnovat pozornost výkonu systému jako celku. Například časté cykly start/stop u motorů IE2 vedou ke zvýšení spotřeby energie, která neguje úspory dosažené při běžném provozu.

Zvláštní pozornost je třeba věnovat také ventilátorům a čerpadlům. Použití frekvenčního měniče ve spojení se zařízeními tohoto typu umožňuje dosáhnout vyšší účinnosti. Určujícím faktorem je tedy celkový výkon systému, nikoli výkon jednotlivých komponent. Podle VDI DIN 6014 je účinnost systému definována jako součin účinnosti jeho součástí:

Účinnost systému = účinnost pohonu × účinnost motoru × účinnost připojení × účinnost ventilátoru.

Jako příklad zvažte účinnost odstředivého ventilátoru s externím rotorem používaného ve spojení s EC motorem. Pro dosažení kompaktní velikosti systému je motor částečně umístěn uvnitř oběžného kola ventilátoru. Takové schéma snižuje výkon ventilátoru a účinnost systému jako celku. Vysoká účinnost motoru tedy vůbec nezaručuje vysokou účinnost celého systému (obr. 1).

Rýže. 1. Účinnost různých systémů pomocí radiálního ventilátoru o průměru 450 mm. Při měření se zjišťuje účinnost motorů. Účinnost ventilátoru získaná z katalogů výrobce

Jak funguje EC motor

V průmyslu HVAC je EC motor obecně chápán jako speciální typ motoru, který má kompaktní velikost a vysokou účinnost. EC motory pracují na principu elektronické komutace namísto tradiční kartáčové komutace, která se vyskytuje u stejnosměrných motorů. Výrobci EC motorů nahrazují vinutí rotoru permanentními magnety. Magnety zlepšují účinnost, zatímco elektronická komutace odstraňuje problém mechanického opotřebení kartáčů. Protože princip činnosti EC motoru je podobný jako u stejnosměrného motoru, jsou takové motory často označovány jako bezkomutátorové stejnosměrné motory (BLDC).

Motory této třídy mají obvykle výkon až několik set wattů. V průmyslu vzduchotechniky a klimatizace se nejčastěji používají jako externí rotační motory a používají se v širokém výkonovém rozsahu. Výkon některých zařízení může dosáhnout 6 kW.

Rýže. 2. Různé typy motorů

Díky vestavěným permanentním magnetům nevyžadují motory s permanentními magnety samostatné vinutí pro buzení. K provozu však vyžadují elektronický ovladač, který generuje točivé pole. Přímé připojení k elektrickému vedení obvykle není možné nebo má za následek sníženou účinnost. Pro řízení motoru musí být regulátor (frekvenční měnič) schopen kdykoliv zjistit aktuální stav rotoru. K tomuto účelu se používají dvě různé metody, z nichž jedna využívá ke zjištění aktuální polohy rotoru zpětnou vazbu ze snímače a druhá ji nevyužívá.

Rýže. 3. Porovnání různých typů spínání

Charakteristickým rysem motoru s buzením z permanentních magnetů je povaha reverzní elektromotorické síly (EMF). V režimu generátoru motor generuje napětí nazývané zpětně EMF. Pro optimální řízení motoru musí regulátor odpovídat tvaru vlny vstupního napětí co nejblíže tvaru vlny zadního EMF. Výrobci bezkomutátorových stejnosměrných motorů pro tento účel používají spínání obdélníkových vln (obrázek 3).

PM motory jako alternativa k EC motorům

Každý typ motoru s permanentním magnetem má své výhody a nevýhody. Sinusové komutované PM motory jsou konstrukčně jednodušší, ale vyžadují složitější řídicí obvody. V případě EC motorů je situace diametrálně opačná: vytvoření zpětného EMF signálu obdélníkové vlny je obtížnější, ale struktura řídicího obvodu je značně zjednodušena. Elektronická spínací technologie má však vyšší zvlnění točivého momentu díky použití obdélníkového spínání. Tento typ motoru také používá 1,22krát vyšší napětí než motory PM díky použití dvou fází místo tří.

Rýže. 4. Ekvivalentní obvody motorů

Použití permanentních magnetů v motoru (obr. 4) téměř zcela eliminuje ztráty na rotoru, což vede ke zvýšení účinnosti.

Výhody účinnosti EC motorů ve srovnání s tradičními jednofázovými indukčními motory se stíněným pólem jsou nejvýznamnější ve výkonovém rozsahu několika stovek wattů. Třífázové indukční motory mají obvykle výkon přesahující 750 W. Výhoda účinnosti EC motorů klesá s rostoucím jmenovitým výkonem zařízení. Systémy založené na EC motorech a PM motorech (elektronika plus motor) s podobnými konfiguracemi (napájení, EMC filtr atd.) mají srovnatelnou účinnost.

Třífázové indukční motory jsou nyní široce používány se standardní instalací a rozměry rámu definovanými v IEC EN 50487 nebo IEC 72. Mnoho PM motorů však používá jiné normy. Typickým příkladem jsou servopohony. Díky kompaktní velikosti a dlouhému rotoru jsou servopohony optimalizovány pro vysoce dynamické aplikace.

Motory PM jsou nyní k dispozici ve standardních velikostech rámů IEC, což umožňuje použití vysoce účinných motorů s permanentními magnety ve stávajících systémech. To umožňuje nahradit starší třífázové indukční motory (TPIM) účinnějšími motory PM.

Podle norem IEC existují dva typy PM motorů:

Možnost 1: Motory PM/EC a TPIM mají stejnou velikost rámu.

Příklad. 3kW motor TPIM lze nahradit EC/PM motorem stejné velikosti.

Možnost 2: Motor PM/EC s optimalizovanou velikostí rámu a motor TPIM mají stejný jmenovitý výkon. Vzhledem k tomu, že PM motory jsou při srovnatelné výkonové úrovni obvykle kompaktnější, je velikost rámu menší než u motoru typu TPIM.

Příklad. Motor typu TPIM o výkonu 3 kW lze nahradit motorem typu EC/PM s velikostí rámu odpovídající motoru typu TPIM o výkonu 1,5 kW.

EC+ technologie

Technologie Danfoss EC+ se zrodila jako reakce na požadavky zákazníků. Umožňuje vám používat PM motory společně s frekvenčními měniči Danfoss. Zákazníci mají možnost vybrat si motor od jakéhokoli výrobce. Získávají tak všechny výhody EC technologie za relativně nízkou cenu, aniž by ztratili možnost optimalizovat celý systém podle potřeby.

Kombinace nejúčinnějších jednotlivých komponent v rámci jednoho systému také poskytuje řadu výhod. Díky použití standardních komponent jsou zákazníci nezávislí na dodavatelích a mají volný přístup k náhradním dílům. Při výměně motoru není nutné upravovat instalační přípojky. Uvedení motoru do provozu je podobné jako u standardního třífázového indukčního motoru.

Výhody technologie EC+

Rýže. 5. Porovnání velikosti
standardní třífázový
indukční motor
(dole) a optimalizované
PM motor (nahoře)

Mezi výhody technologie EC+ patří následující faktory:

Možnost volby typu použitého motoru (motor s permanentním magnetem nebo asynchronní motor).
Schéma ovládání motoru zůstává nezměněno.
Nezávislost na výrobci při výběru komponent motoru.
Vysoké účinnosti systému je dosaženo použitím vysoce výkonných komponentů.
Možnost upgradovat stávající systémy.
Široký rozsah jmenovitých výkonů motoru.
Výrazně snížena hmotnost a velikostní parametry zařízení (obr. 5).

Kromě výše uvedených výhod je třeba poznamenat ještě jednu vlastnost technologie EC+. Faktem je, že klasické elektronicky komutované ventilátory nemohou poskytnout výkon nad nominální, protože mají omezenou rychlost. Zároveň lze ventilátory postavené podle architektury EC+ přetaktovat na rychlost otáčení oběžného kola nad nominální. V praxi to znamená možnost zvýšení průtoku vzduchu nad nominální.

Kromě toho lze provoz EC+ motorů řídit přes BACnet, ModBus a další síťové protokoly.

EC+ technologie z pohledu koncového uživatele

Samostatně je třeba říci o pohledu na technologii EC + z pohledu koncových uživatelů (zpravidla se jedná o specialisty na návrh, instalaci a provoz ventilačních systémů):

Známá technologie. Mnoho profesionálů již dlouhou dobu používá standardní motory řady Danfoss VLT HVAC Drive. Konfigurace PM motorů je téměř totožná. Uživatel musí pouze zadat nové parametry motoru do systému řízení budovy. Princip ovládání chodu motoru zůstává nezměněn. Řízení motorů různých typů v rámci stejného systému tedy není obtížné. Je také možné nahradit standardní indukční motor motorem PM.

Nezávislý na výrobci. Uživatelé mají možnost přizpůsobit si své systémy výběrem standardních komponent od různých výrobců. Optimální výkon systému. Jediným způsobem, jak dosáhnout optimálního výkonu, je použití nejúčinnějších komponent. Uživatelé, kteří chtějí dosáhnout maximální úspory energie, musí nejen používat účinné komponenty, ale také mít kolem těchto komponent vybudovaný účinný systém.

Nízké náklady na údržbu. Nevýhodou integrovaných systémů je často nemožnost výměny jednotlivých komponent. Opotřebované díly (jako jsou ložiska) nelze vždy vyměnit bez výměny samotného motoru, což může vést k vážným nákladům. Princip fungování EC + technologie spočívá v použití standardních komponent, které může uživatel měnit nezávisle na sobě. To minimalizuje náklady na údržbu systému.

Technologie EC+ se tedy jeví jako velmi perspektivní ve světle současných trendů v úsporách energie a zvyšování míry řiditelnosti a řiditelnosti různých prvků stavebních inženýrských subsystémů. Svou roli by měla hrát i univerzálnost technologie – možnost její aplikace na dříve instalované zařízení.

Yuri Khomutsky, technický redaktor časopisu "CLIMATE WORLD"

Článek využívá materiály z technické dokumentace Danfoss.

V moderním světě se problém úspor energie stal akutním. Proto se otázky snižování energetické náročnosti stávají pro klimatizační a ventilační systémy aktuální a této problematice je každým rokem věnována stále větší pozornost. V technických specifikacích pro návrh ventilačních systémů jsou stále častěji stanoveny přísné podmínky pro spotřebu energie, respektive odborníci stanoví nejúspornější zařízení. EC motory, kterým je věnován tento článek, jsou přesně tím zařízením, které umožňuje ušetřit na elektřině a zároveň zvýšit výkon zařízení a jeho životnost.

Není žádným tajemstvím, že systémy HVAC spotřebují asi 70 % energetických zdrojů v průmyslových a velkých komerčních budovách. Novým směrem v úsporách energie je použití tzv EU- motory. Použití těchto motorů zatím není tak rozšířené, ale v poslední době zahraniční i domácí dodavatelé nabízejí zařízení vybavená EC motory.

co jeEU-motor?EU-motor - jedná se o bezkomutátorový synchronní motor s vestavěným elektronickým ovládáním, jinak jej lze nazvat elektronicky komutovaný, odtud latinská zkratka EU- Elektronicky spínané. Ventilátory vyrobené na základě tohoto motoru se nazývají EC ventilátory.

EC motor je postaven na bázi vnějšího rotoru, ke kterému jsou umístěny permanentní magnety. Rotor je řízen řízeným přívodem elektřiny do vinutí statoru a závisí na aktuální poloze rotoru. Rotor je monitorován pomocí Hallových senzorů a také regulačních parametrů, které se nastavují z externích senzorů ve formě proudových nebo potenciálních signálů. Motor má zabudovaný PID - regulátor (proporcionálně-integrální diferenciál), umožňuje nastavit rychlost odezvy motoru na změnu řídicího signálu.

Jak funguje EC motor lze popsat takto, řízení vektoru magnetického pole vytvářeného vestavěnými magnety se provádí změnou směru proudu ve vinutí statoru. Regulátor vypočítá, jaká polarita je potřebná pro plynulé otáčení rotoru při dané rychlosti.

Další výhoda používáníEU-motory lze považovat za minimální tvorbu tepla, zatímco střídavé motory mají pracovní teplotu až 75 stupňů. Přípustné provozní teploty motoru jsou +75 a 20C.

Tak proč používatEU- motory oprávněné? Zde jsou hlavní výhody - kompaktní velikost, vysoká míra úspory energie, plynulé a přesné ovládání, nízká hladina hluku, snížená tvorba tepla, téměř úplná absence vibrací, vysoká aerodynamika a výkon sladěný s oběžným kolem, vyšší zdroj motoru. EC motory nemají prakticky žádné špičkové startovací zatížení, a to díky vestavěnému regulátoru, který zajišťuje plynulé zvýšení amplitudy. Rozběhový proud u střídavých ventilátorů obvykle 5-7x překračuje jmenovitý proud, což s sebou nese nutnost zvětšit průřez vodičů a parametry spouštěčů.

EC motory mají vyšší účinnost, dosahující 80-90%, protože rotor je vnější s permanentními magnety, v důsledku čehož nedochází k tepelným ztrátám ve srovnání se zkratovaným rotorem asynchronního motoru.

Vysokého stupně úspory energie je dosaženo mimo jiné řízením otáček. Úspora energie až 30 % ve srovnání s třífázovými AC motory. EC motory jsou navíc díky elektronické regulaci méně citlivé na přepětí.

Z provozního hlediska jsou výhody EC motorů dány tím, že rotační části jsou navrženy jako jeden dynamicky a staticky vyvážený komponent, jehož celková hmotnost je rovnoměrně rozložena na obou nosných ložiskách, což výrazně ovlivňuje životnost produktu. Průvodní okolností je také minimální vibrace a hluk při provozu EC motoru.

Jaké další argumenty jsou potřeba pro použití zařízení s EC motory?

EC-motory: co, kde, proč a k čemu

E. P. Vishnevskiy, kandidát technických věd, technický ředitel, United Elements Group
G. V. Malkov, produktový manažer

Specialisté se dnes stále více orientují na nákup energeticky úsporných zařízení. Je dražší než tradiční, ale plně se vrátí v procesu provozu. EC-motory popsané v článku umožňují snížení spotřeby energie při současném zvýšení výkonu zařízení a doby do selhání.

klíčová slova: EC-motor, EC-ventilátor, energeticky úsporné zařízení

Popis:

V současné době se specialisté stále více zaměřují na nákup energeticky úsporných zařízení. Oproti tradičnímu je dražší, ale při provozu se plně vyplatí. EC motory, kterým je věnován tento článek, umožňují snížit spotřebu energie a zároveň zvýšit produktivitu zařízení a dobu jeho nepřetržitého provozu.

EC motory: co, kde, proč a proč

Úspory energie s EC systémy v různých oblastech

závěry

Shrneme-li všechny výhody systémů získaných s EC technologií, lze vyzdvihnout to hlavní: elektronicky řízené EC ventilátory plynule reagují na měnící se požadavky na výkon, pracují ve zvláště ekonomickém režimu částečného zatížení a nejsou citlivé na kolísání napětí. EC ventilátory poskytují až 30% snížení spotřeby elektrické energie ve srovnání s běžnými třífázovými AC ventilátory.

Literatura

Vishnevsky E. P. Úspora energie při navrhování systémů mikroklimatu budov // Sanitární technika, vytápění, klimatizace (S.O.K.). - 2010. - č. 1.
Vishnevsky E. P., Chepurin G. V. Nové evropské normy v oblasti HVAC // Instalatérství, topení, klimatizace (S. O.K.). - 2010. - č. 2.
EC ventilátory v tepelných čerpadlech // Instalatérství, topení, klimatizace (S.O.K.). - 2008. - č. 6.
EC ventilátory pro sklady zeleniny a houbové komory // Instalatérství, topení, klimatizace (S.O.K.). - 2010. - č. 1.
Skvělé klima a nízké náklady na energii s EC ventilátory ve vzduchových oběhových čerpadlech Airius // Instalatérství, topení, klimatizace (S.O.K.). - 2008. - č. 2.
Synergie EC motorů a FCU // Modern Building Services. 2006, srpen.
EC motory pro chladiče jednotek // Product Bulletin. října 2007
GOST-R 52539-2006. Čistota vzduchu ve zdravotnických zařízeních. Obecné požadavky.
GOST R ISO 14644-4-2002. Čisté prostory a související kontrolovaná prostředí.

Motor je stejnosměrný motor s integrovanou komutační elektronikou a permanentními magnety ve vnějším rotoru. Takový motor se nazývá elektronicky komutovaný nebo jednoduše EC motor.

Jak funguje EC motor?

Na obrázku vidíme motor v řezu. Permanentní magnety ve vinutí vnějšího rotoru a statoru. Permanentní magnety vytvářejí magnetické pole. Pomocí vestavěné elektroniky se mění směr proudění ve vinutí statoru. Tím se ebmpapst zbavil kartáčů, které, jak víte, nejsou odolné a vyžadují pravidelnou výměnu.

EC motor v sekci

Jak funguje elektronika?

Roli spínače v EC motoru ebmpapst hraje tranzistor.

Princip činnosti je jednoduchý - řídicí signál nízkého výkonu do tranzistoru přispívá k průchodu velkého proudu vinutím statoru. To pohání rotor motoru.

Pokud není řídící signál na bázi tranzistoru, tak ve vinutí není proud, nedochází v daném čase k zrychlení rotoru.

Výhody EC motoru

Napětí se může měnit v širokém rozsahu. Pro 1-fázový 200-277 V AC, pro 3-fázový 380-480 V AC. Frekvence 50 Hz nebo 60 Hz.
Motor má vestavěný EMC filtr, ochranu proti nízkému napětí v síti, ochranu proti výpadku fáze.
Vestavěná ochrana proti přehřátí motoru a elektroniky, motor se jednoduše vypne.
Vestavěná ochrana proti zablokování rotoru.
Nízká hladina hluku, zejména při nízkých rychlostech.
Kompaktní konstrukce díky vnějšímu rotoru.
Nevyžaduje údržbu po celou dobu životnosti.
Dlouhá životnost, protože neobsahuje žádné opotřebitelné díly (kartáče).
Vysoká účinnost, až 92 %, minimální energetické ztráty a minimální samozahřívání.
Vše je zde pro ovládání, není potřeba frekvenční měnič, není potřeba sinusový filtr.

Účinnost EC motoru

Propojení více ventilátorů ve skupině

Je možné spojit několik EC ventilátorů do skupin. Jeden ventilátor je hlavní (master), zbytek jsou otroci (slave). Ovládáním hlavního ventilátoru tedy ovládáme celou skupinu. To je nutné při instalaci na kondenzátor nebo v "čistých místnostech". Řídicí signál 0-10V nebo 4-20mA by měl být aplikován pouze na hlavní ventilátor.