チラーの EC ファンに電源を接続する方法。換気用 EC モーター

01.10.2019

機器のエネルギー効率は、機器に使用されるコンポーネントと技術ソリューションのエネルギー効率に大きく依存します。可変速モーターは、最近、コンプレッサー、ポンプ、ファンで一般的に使用されています。

使用するコンポーネントの最適化による効率の向上

現在では、高効率な誘導電動機と並んで、高効率な永久磁石回転子を使用した電動機が広く使われています。この技術を使用したモーターは、HVAC 業界では電子整流 (EC) モーターとして一般に知られています。通常、EC モーターは外部ローターファンに使用されます。

EC テクノロジーをさまざまな業界で使用するために、ダンフォスは実績のある VVC+ アルゴリズムを改良し、永久磁石同期モーター用に最適化しました。永久磁石 (PM) モーターと略されることが多いこのタイプのモーターの効率は、EC モーターの効率に匹敵します。同時に、PM モーターの設計は IEC 規格に準拠しているため、新しいシステムと既存のシステムの両方に簡単に統合でき、モーターの試運転が大幅に簡素化されます。

Danfoss EC+ テクノロジーにより、IEC 準拠の PM モーターを Danfoss VLT 周波数コンバーターと併用できるようになります。

エネルギー効率基準

システム効率を向上させることは、システムのエネルギー消費を削減する簡単な方法です。このため、欧州連合は多くの技術機器に対する最低エネルギー効率基準を承認しました。そのため、三相誘導電動機には最小エネルギー効率基準 (MEPS) が導入されました (表を参照)。

テーブル。電気モーターの MEPS 規格

ただし、エネルギー効率を最大限に高めるには、システム全体のパフォーマンスに注意を払う必要があります。たとえば、IE2 クラスのモーターで頻繁に開始/停止サイクルを行うと、エネルギー消費が増加し、通常の動作で達成される節約効果が無効になります。

ファンとポンプにも特に注意を払う必要があります。このタイプのデバイスと周波数コンバータを組み合わせて使用すると、より高い効率を達成できます。したがって、決定要因は、個々のコンポーネントのパフォーマンスではなく、システム全体のパフォーマンスです。 VDI DIN 6014 に従って、システムの効率は、そのコンポーネント部品の効率の積として定義されます。

システム効率 = コンバータ効率 × モータ効率 × 接続効率 × ファン効率。

例として、EC モーターと組み合わせて使用される外部ローターを備えた遠心ファンの効率を考えてみましょう。コンパクトなシステムサイズを実現するために、モーターの一部がファンインペラの内側に配置されています。この設計により、ファンのパフォーマンスが低下し、システム全体の効率が低下します。したがって、エンジン効率が高くてもシステム全体の効率が高いとは限りません（図1）。

米。 1. 直径450mmの遠心ファンを使用した各種システムの効率。モーターの効率は測定中に決定されました。ファン効率はメーカーカタログより取得

ECモーターの動作原理

HVAC 業界では、EC モーターは通常、サイズがコンパクトで効率の高い特殊なタイプのモーターを指します。 EC モーターは、DC モーターに見られる従来のブラシ整流ではなく、電子整流の原理に基づいて動作します。 EC モーターのメーカーは、ローター巻線を永久磁石に置き換えます。磁石により効率が向上し、電子整流によりブラシの機械的摩耗の問題が解消されます。 EC モーターの動作原理は DC モーターの動作原理に似ているため、このようなモーターはブラシレス直流 (BLDC) モーターと呼ばれることがよくあります。

このクラスのモーターの出力は通常、最大数百ワットです。 HVAC 業界では、外部回転モーターの形で最も一般的に使用され、幅広い出力範囲で使用されます。一部のデバイスの電力は 6 kW に達することがあります。

米。 2. 各種エンジン

永久磁石が内蔵されているため、永久磁石モーターは励磁用に別の巻線を必要としません。ただし、それらを動作させるには、回転磁場を生成する電子コントローラーが必要です。電力線に直接接続することは通常不可能であり、効率が低下します。モーターを制御するには、コントローラー (周波数変換器) がローターの現在の状態を常に判断できなければなりません。この目的には 2 つの異なる方法が使用されます。1 つはセンサーからのフィードバックを使用してローターの現在位置を決定し、もう 1 つは使用しません。

米。 3. 各種スイッチングの比較

永久磁石によって励磁されるモーターの特徴は、逆起電力 (EMF) の性質です。発電機モードでは、エンジンは逆起電力と呼ばれる電圧を生成します。モーターを最適に制御するには、コントローラーは入力電圧波形が逆起電力波形とできる限り一致するようにする必要があります。ブラシレス DC モーターのメーカーは、この目的のために方形波整流を使用しています (図 3)。

ECモーターの代替としてのPMモーター

永久磁石モーターの各タイプには、独自の長所と短所があります。正弦波整流を備えた PM モーターは構造が単純ですが、より複雑な制御回路が必要です。 EC モーターの場合、状況は正反対です。逆起電力の方形波の生成はより複雑なタスクですが、制御回路の構造は大幅に簡素化されます。ただし、電子スイッチング技術は、方形波スイッチングの使用によりトルク変動が大きくなるという特徴があります。また、このタイプのモーターは、3 相ではなく 2 相を使用するため、PM モーターと比較して 1.22 倍高い電圧を使用します。

米。 4. モーター等価回路

モーターに永久磁石を使用することで (図 4)、ローターの損失がほぼ完全に排除され、効率が向上します。

従来の単相陰極誘導電動機に対する EC モーターの効率上の利点は、数百ワットの出力範囲で最大になります。三相誘導モーターの定格電力は通常 750 W を超えます。 EC モーターの効率上の利点は、機器の定格電力が増加するにつれて減少します。同様の構成 (電源、電磁フィルターなど) を備えた EC モーターおよび PM モーター (電子機器とモーター) をベースにしたシステムは、同等の効率を持っています。

三相誘導モーターは現在広く使用されており、標準的な取り付けおよびフレーム寸法は IEC EN 50487 または IEC 72 で定義されています。ただし、多くの PM モーターは他の規格を使用しています。代表的な例はサーボです。コンパクトなサイズと長いローターを備えたサーボドライブは、非常に動的なアプリケーション向けに最適化されています。

PM モーターは標準の IEC 準拠フレームサイズで入手できるようになり、既存のシステムで高効率の永久磁石モーターを使用できるようになります。これにより、古い三相誘導モーター (TPIM) をより効率的な PM モーターに置き換えることができます。

IEC 規格に準拠した PM モーターには次の 2 種類があります。

オプション 1: PM/EC モーターと TPIM モーターのフレームサイズは同じです。

例。 3 kW TPIM モーターは、同じサイズの EC/PM モーターに置き換えることができます。

オプション 2: フレームサイズが最適化された PM/EC モーターと TPIM モーターの出力定格は同じです。 PM モーターは通常、同等の出力レベルでよりコンパクトなサイズを備えているため、フレームサイズは TPIM モーターよりも小さくなります。

例。 3 kW TPIM モーターは、1.5 kW TPIM モーターに対応するフレームサイズの EC/PM モーターに置き換えることができます。

EC+テクノロジー

Danfoss EC+ テクノロジーは、顧客の要望に応えて開発されました。これにより、PM モーターを Danfoss 周波数コンバータと組み合わせて使用できるようになります。顧客はあらゆるメーカーのエンジンを選択する機会があります。このようにして、必要に応じてシステム全体を最適化する能力を失うことなく、比較的低コストで EC テクノロジーの利点をすべて享受できます。

最も効果的な個々のコンポーネントを 1 つのシステム内で組み合わせることで、さまざまなメリットも得られます。標準コンポーネントを使用することで、顧客はサプライヤーから独立し、スペアパーツに簡単にアクセスできます。エンジン載せ替え時に取り付け接続を調整する必要はありません。モーターの試運転は、標準的な三相誘導モーターの試運転と似ています。

EC+テクノロジーのメリット

米。 5. サイズ比較
標準三相
誘導電動機
(下) と最適化された
PMモーター（上）

EC+ テクノロジーの利点には次のような要素が含まれます。

使用するモーターの種類を選択可能 (永久磁石モーターまたは非同期モーター)。
エンジン制御回路は変更されません。
エンジンコンポーネントの選択においてメーカーから独立しています。
高性能コンポーネントの使用により、高いシステム効率が実現されます。
既存のシステムをアップグレードする可能性。
幅広い定格エンジン出力値。
装置の重量と寸法が大幅に削減されました (図 5)。

上記の利点に加えて、EC+ テクノロジーのもう 1 つの特徴にも注目する必要があります。実際のところ、従来の電子整流ファンには速度制限があるため、定格を超える性能を提供することはできません。同時に、EC+ アーキテクチャに従って構築されたファンは、定格インペラ回転速度よりも高速化できます。実際には、これは空気流量を公称値よりも増加させる可能性を意味します。

さらに、EC+ モーターの動作は、BACnet、ModBus などのネットワークプロトコルを介して制御できます。

エンドユーザーの視点から見た EC+ テクノロジー

これとは別に、エンドユーザーの観点からの EC+ テクノロジーの見方についても述べておく必要があります (通常、エンドユーザーは換気システムの設計、設置、運用の専門家です)。

おなじみのテクノロジー。多くの専門家は、標準的な Danfoss VLT HVAC ドライブシリーズモーターを長期間使用してきました。 PMモータの構成はほぼ同じです。ユーザーは、新しいモーターパラメータをビル管理システムに入力するだけで済みます。エンジン動作を監視する原則は変わりません。したがって、1 つのシステム内でさまざまなタイプのモーターを制御することは難しくありません。標準の誘導電動機をPMモーターに置き換えることも可能です。

メーカーからの独立。ユーザーは、さまざまなメーカーの標準コンポーネントを選択することで、システムを柔軟にカスタマイズできます。 最適なシステムパフォーマンス。最適なパフォーマンスを達成する唯一の方法は、最も効率的なコンポーネントを使用することです。最大限のエネルギー節約を達成したいユーザーは、効率的なコンポーネントを使用するだけでなく、それらのコンポーネントを中心に効率的なシステムを構築する必要があります。

メンテナンスコストが低い。統合システムの欠点は、多くの場合、個々のコンポーネントを交換できないことです。摩耗した部品 (ベアリングなど) は、エンジン自体を交換せずに常に交換できるわけではなく、多大な費用がかかる可能性があります。 EC+ テクノロジーの動作原理には、ユーザーが独自に変更できる標準コンポーネントの使用が含まれます。これにより、システムの保守コストを最小限に抑えることができます。

したがって、EC+ テクノロジーは、省エネ、および建物のエンジニアリングサブシステムのさまざまな要素の制御性と管理性の度合いを高めるという現代の傾向を考慮すると、非常に有望であると思われます。この技術の多用途性、つまり以前に設置された機器に適用できる可能性も重要な役割を果たします。

雑誌「CLIMATE WORLD」技術編集長ユーリ・ホムツキー氏

この記事では、Danfoss の技術文書の資料を使用しています。

現代世界では、省エネの問題が深刻になっています。したがって、エネルギー消費量の削減という問題は空調および換気システムに関連しており、この問題への注目は年々高まっています。換気システム設計の技術仕様にはエネルギー消費に関する厳しい条件が含まれることが増えており、それに応じて専門家は最も経済的な機器を設計しています。今回取り上げるECモーターは、まさに電力を節約しながら、装置の生産性と寿命を延ばすことができる装置です。

HVAC システムが工業用建物や大規模な商業用建物のエネルギー資源の約 70% を占めていることは周知の事実です。省エネの新しい方向性は、いわゆる EC-エンジン。これらのモータの使用はまだそれほど普及していませんが、最近では国内外のサプライヤーがECモータを搭載した機器を提供しています。

それは何ですかEC-エンジン？EC-エンジン-これは、電子制御が組み込まれたブラシレス同期モーターです。そうでない場合は、電子的に整流されると呼ばれるため、ラテン語の略語です。 EC- 電子的に整流。このエンジンをベースにして作られたファンをECファンと呼びます。

EC モーターは、永久磁石が配置された外部ローターに基づいて構築されています。ローターは、ローターの現在の位置に応じて、ステーター巻線への電力供給を制御することによって制御されます。ローターは、ホールセンサーと、電流または電位信号の形式で外部センサーから設定される制御パラメーターを使用して監視されます。エンジンには PID コントローラー (比例積分微分) が内蔵されており、制御信号の変化に対するエンジンの応答速度を設定できます。

ECモーターの動作原理このように説明できるように、内蔵磁石によって生成される磁界ベクトルの制御は、固定子巻線に流れる電流の方向を変えることによって実行されます。コントローラーは、ローターを所定の速度で連続的に回転させるために必要な極性を計算します。

使用するもう一つの利点EC- モーターの発熱は最小限であると考えられますが、AC モーターの動作温度は最大 75 度です。許容エンジン動作温度は+75℃および20℃です。

では、なぜ使用するのかEC- エンジンは正当化されていますか？主な利点は次のとおりです。コンパクトなサイズ、高いエネルギー節約率、スムーズで正確な制御、低騒音レベル、発熱の低減、振動のほぼ完全な欠如、インペラに見合った高い空気力学と出力、モーターの寿命の延長です。 EC モーターには、内蔵レギュレータのおかげでピーク始動負荷が事実上なく、振幅がスムーズに増加します。通常、AC ファンでは始動電流が定格電流の 5 ～ 7 倍を超えるため、配線断面積とスターターのパラメーターを増やす必要があります。

EC モーターは、非同期モーターのかご型ローターと比較して、ローターが外部に永久磁石を備えているため、熱損失が発生せず、効率が 80 ～ 90% に達します。

とりわけ、速度を調整することにより、高度なエネルギー節約が達成されます。三相ACモーターと比較して30%の省エネ効果があります。さらに、EC モーターは電子制御により、ネットワーク内の電圧サージの影響を受けにくくなっています。

動作の観点から見ると、EC モーターの利点は、回転部品が動的および静的にバランスのとれた 1 つのコンポーネントとして設計されており、その総重量が両方のサポートベアリングに均等に分散されるという事実に由来しており、これがモーターの耐用年数に大きく影響します。製品。また、EC エンジンの作動中の振動や騒音も最小限に抑えられます。

EC モーターを備えた機器を使用するには他にどのような議論が必要ですか?

ECモーター：何を、どこで、なぜ、そして何のために

E.P. Vishnevskiy、技術科学候補者、United Elements Group テクニカルディレクター
G.V.マルコフ、プロダクトマネージャー

今日の専門家は、省エネ機器の購入をより重視するようになってきています。従来のものよりも高価ですが、動作過程で十分に元が取れます。この記事で説明されている EC モーターを使用すると、機器のパフォーマンスと故障までの時間を短縮しながら、エネルギー消費量を削減できます。

キーワード: ECモーター、ECファン、省エネ機器

説明：

現在、専門家は省エネ機器の購入にますます注力しています。従来のものと比較すると高価ですが、運用中に十分に元が取れます。この記事で取り上げる EC モーターは、機器の性能と連続稼働寿命を向上させながら、エネルギー消費を削減することを可能にします。

EC モーター: 何が、どこで、なぜ、そしてなぜ

さまざまな分野でECシステムを活用することで省エネを実現

結論

EC テクノロジーを使用して得られるシステムの利点をすべて要約すると、主な点が強調表示されます。電子制御を備えた EC ファンは、出力電力要件の変化にスムーズに応答し、特に経済的な部分負荷モードで動作し、電圧変動の影響を受けません。 EC ファンは、従来の三相 AC ファンと比較して、電力消費量を最大 30% 削減します。

文学

Vishnevsky E.P. 建物の微気候システムの設計における省エネ // 配管、暖房、空調 (S.O.K.)。 – 2010年。 – 第1位。
Vishnevsky E. P.、Chepurin G. V. HVAC // 配管、暖房、空調（S. O. K.）の分野における新しいヨーロッパ基準。 – 2010年。 – 第2位。
ヒートポンプの EC ファン // 配管、暖房、空調 (S.O.K.)。 – 2008. – No. 6.
野菜店およびキノコ室用の EC ファン // 配管、暖房、空調 (S.O.K.)。 – 2010年。 – 第1位。
Airius 空気循環装置の EC ファンによる優れた気候と低エネルギーコスト // 配管、暖房、空調 (S.O.K.)。 – 2008. – No. 2.
EC モーターと FCU の相乗効果 // 最新の建築サービス。 2006 年 8 月。
ユニットクーラー用 EC モーター // 製品速報。 2007 年 10 月。
GOST-R 52539-2006。医療機関内の空気清浄度。一般的な要件。
GOST R ISO 14644-4-2002。クリーンルームおよび関連する管理された環境。

このモーターは、アウターローターにスイッチング電子機器と永久磁石が組み込まれた DC モーターです。このようなモーターは、電子整流、または単に EC モーターと呼ばれます。

ECモーターはどのように動作するのですか?

写真はエンジンの断面図です。アウターローターとステーター巻線に永久磁石を使用。永久磁石は磁場を生成します。内蔵電子機器を使用すると、固定子巻線の流れの方向が変わります。したがって、ebmpapst は、周知のとおり、耐久性がなく定期的な交換が必要なブラシを廃止しました。

ECモーターの断面図

電子機器はどのように機能するのでしょうか?

ebmpapst EC モーターの整流子の役割はトランジスタによって行われます。

動作原理は単純です。トランジスタへの低電力制御信号により、固定子巻線を通る大電流の通過が促進されます。これによりモーターのローターが駆動されます。

トランジスタに基づく制御信号が存在しない場合、巻線には電流が流れず、特定の時点でローターの加速は発生しません。

ECモーターのメリット

電圧は広範囲にわたって変化する可能性があります。単相AC200～277V用、三相AC380～480V用。周波数 50 Hz または 60 Hz。
モーターにはEMCフィルター、低電圧保護、欠相保護が内蔵されています。
モーターと電子機器の過熱に対する保護機能が組み込まれており、エンジンは単に停止します。
ローターの詰まりに対する保護機能が組み込まれています。
特に低速時の騒音レベルが低い。
外部ローターによるコンパクト設計。
耐用年数全体にわたってメンテナンスは必要ありません。
摩耗の激しい部品（ブラシ）がないため長寿命です。
最大 92% の高効率、最小限のエネルギー損失、最小限の自己発熱。
すべてが制御用にあり、周波数コンバーターやサインフィルターは必要ありません。

ECモーター効率

グループ内の複数のファンを接続する

複数のECファンをグループ化することも可能です。 1 つのファンが主ファン (マスター) で、残りは従属ファン (スレーブ) です。したがって、メインファンを制御することでグループ全体を制御します。これは、凝縮器または「クリーンルーム」に設置する場合に必要です。制御信号 0 ～ 10 V または 4 ～ 20 mA はマスターファンにのみ供給してください。