Як підключити живлення вентилятора ес в чиллерах. EC-двигуни у вентиляції

01.10.2019

Енергоефективність обладнання багато в чому залежить від енергоефективності використаних у ньому компонентів та технічних рішень. Останнім часом стало популярним застосування в компресорах, насосах та вентиляторах двигунів зі змінною швидкістю обертання.

Підвищення ефективності за рахунок оптимізації компонентів, що використовуються.

Поруч із високоефективними індукційними двигунами широкого поширення нині отримують двигуни з роторами на постійних магнітах, які мають високим коефіцієнтом корисної дії. Двигуни, що використовують цю технологію, широко відомі в галузі систем вентиляції та кондиціонування як електронно-комутовані двигуни (EC). Як правило, EC-двигуни використовуються у вентиляторах із зовнішнім ротором.

Щоб використовувати EC-технологію у різних галузях, компанія Danfoss удосконалила перевірений часом алгоритм VVC+ та оптимізувала його для роботи із синхронними двигунами із збудженням від постійних магнітів. ККД двигунів даного типу, які часто скорочено називають двигунами на постійних магнітах (PM), можна порівняти з ККД EC-двигунів. При цьому конструкція PM-двигунів відповідає стандартам IEC, що дозволяє легко інтегрувати їх як у нові, так і в існуючі системи та значно спрощує введення двигунів в експлуатацію.

Технологія Danfoss EC+ дозволяє використовувати PM-двигуни, що відповідають стандартам IEC, разом із частотними перетворювачами Danfoss VLT.

Стандарти енергоефективності

Підвищення ефективності роботи системи є найпростішим способом скорочення її енергоспоживання. Тому Євросоюз затвердив мінімальні стандарти енергоефективності для низки технічних пристроїв. Так, для трифазних індукційних двигунів запроваджено стандарт мінімальної енергетичної ефективності (MEPS) (див. табл.).

Таблиця. Стандарти MEPS для електродвигунів

Проте задля досягнення максимальної енергоефективності необхідно приділяти увагу продуктивності системи загалом. Наприклад, часте виконання циклів «пуск/зупинка» на двигунах класу IE2 призводить до зростання енергоспоживання, що зводить до нуля економію, що досягається в штатному режимі функціонування.

Особливу увагу також необхідно приділяти вентиляторам та насосам. Використання перетворювача частоти спільно з пристроями даного типу дозволяє досягти більш високої ефективності. Отже, визначальним чинником є загальна продуктивність системи, а чи не продуктивність окремих компонентів. Відповідно до VDI DIN 6014 ККД системи визначається як добуток ККД її складових частин:

ККДсистеми = ККДперетворювача × ККДдвигуна × ККДз'єднання × ККДвентилятора.

Як приклад можна розглянути ККД відцентрового вентилятора із зовнішнім ротором, що використовується разом із EC-двигуном. Для досягнення компактного розміру системи двигун частково знаходиться усередині робочого колеса вентилятора. Подібна схема знижує продуктивність вентилятора та ефективність системи загалом. Таким чином, висока ефективність двигуна не гарантує високу ефективність всієї системи (рис. 1).

Мал. 1. ККД різних систем, що використовують відцентровий вентилятор діаметром 450 мм. ККД двигунів визначено під час вимірювань. ККД вентиляторів отримано з каталогів виробників.

Принцип роботи EC-двигуна

У галузі систем вентиляції та кондиціювання під EC-двигуном, як правило, розуміють особливий тип двигуна, що має компактний розмір і високий ККД. EC-двигуни працюють на основі принципу електронної комутації замість традиційної комутації з використанням щіток, характерних для двигунів постійного струму. Виробники двигунів EC замінюють обмотку ротора постійними магнітами. Магніти дозволяють підвищити ефективність, а електронна комутація усуває проблему механічного зношування щіток. Оскільки принцип роботи двигуна EC аналогічний принципу роботи двигуна постійного струму, такі двигуни часто називають безколекторними двигунами постійного струму (BLDC).

Двигуни даного класу зазвичай мають потужність до декількох сотень ват. У галузі систем вентиляції та кондиціювання вони найчастіше застосовуються у вигляді зовнішніх роторних двигунів та використовуються у широкому діапазоні потужності. Потужність деяких пристроїв може сягати 6 кВт.

Мал. 2. Різні типи двигунів

Завдяки вбудованим постійним магнітам двигуни з збудженням від постійних магнітів не вимагають порушення окремої обмотки. Однак для роботи їм необхідний електронний контролер, який генерує поле, що обертається. Підключення безпосередньо до лінії електроживлення, як правило, неможливе або призводить до зниження ККД. Для керування двигуном контролер (перетворювач частоти) повинен вміти визначати поточний стан ротора будь-якої миті часу. Для цієї мети використовуються два різні методи, один з яких використовує зворотний зв'язок з боку датчика для визначення поточної позиції ротора, а інший її не використовує.

Мал. 3. Порівняння різних видів комутації

Відмінною особливістю двигуна із збудженням від постійних магнітів є характер зворотної електрорушійної сили (ЕРС). У режимі генератора двигун виробляє напругу, яка називається зворотним ЕРС. Для оптимального керування двигуном контролер повинен забезпечувати максимальну відповідність форми сигналу вхідної напруги формі зворотного сигналу ЕРС. Виробники безколекторних двигунів постійного струму використовують із цією метою комутацію по прямокутному імпульсу (рис. 3).

PM-двигуни як альтернатива EC-двигунам

Кожен тип двигуна на постійних магнітах має свої переваги і недоліки. PM-двигуни з синусоїдальною комутацією простіше в структурному плані, але їм потрібна складніша схема управління. У випадку EC-двигунів ситуація діаметрально протилежна: створення прямокутного сигналу зворотної ЕРС є складнішим завданням, але структура схеми управління значно спрощується. Однак для технології електронної комутації характерна більш висока нерівномірність моменту, що крутить, через використання комутації по прямокутному імпульсу. Двигуни даного типу також використовують у 1,22 рази більш високу напругу порівняно з PM-двигунами через використання двох фаз замість трьох.

Мал. 4. Еквівалентні схеми двигунів

Використання у двигуні постійних магнітів (рис. 4) практично повністю усуває втрати на роторі, що призводить до підвищення ефективності.

Переваги EC-двигунів з точки зору ефективності порівняно з традиційними однофазними індукційними двигунами з розщепленими полюсами виявляються найбільш значними в діапазоні потужності кількох сотень ват. Трифазні індукційні двигуни, як правило, мають потужність понад 750 Вт. Перевага в ефективності з боку EC-двигунів зменшується зі зростанням номінальної потужності обладнання. Системи на основі EC-двигунів і PM-двигунів (електроніка плюс двигун) при подібних конфігураціях (джерело живлення, електромагнітний фільтр і т. д.) мають порівняні ККД.

В даний час широко поширені трифазні індукційні двигуни зі стандартними настановними розмірами та розмірами рами, визначеними у стандартах IEC EN 50487 або IEC 72. Однак багато PM-двигунів використовують інші стандарти. Як типовий приклад можна розглянути сервоприводи. Сервоприводи, що мають компактний розмір і довгий ротор, оптимізовані для додатків з високою динамікою.

В даний час доступні PM-двигуни із стандартними розмірами рами, що відповідають IEC, що дозволяє використовувати в існуючих системах високоефективні двигуни із збудженням від постійних магнітів. Це дозволяє замінити старі трифазні індукційні двигуни (TPIM) більш ефективними двигунами PM.

Існують два типи PM-двигунів, що відповідають стандартам IEC:

Варіант 1. Двигуни типу PM/EC та TPIM мають однаковий розмір рами.

приклад. Двигун типу TPIM потужністю 3 кВт може бути замінений двигуном типу EC/PM аналогічного розміру.

Варіант 2. Двигун типу PM/EC з оптимізованим розміром рами і двигун типу TPIM мають однакову номінальну потужність. У зв'язку з тим, що PM-двигуни зазвичай мають компактніший розмір при порівнянному рівні потужності, розмір рами виявляється менше, ніж для двигуна типу TPIM .

приклад. Двигун типу TPIM потужністю 3 кВт може бути замінений двигуном типу EC/PM з розміром рами, що відповідає двигуну типу TPIM потужністю 1,5 кВт.

Технологія EC+

Технологія Danfoss EC+ з'явилася у відповідь вимогам клієнтів. Вона дозволяє використовувати PM-двигуни разом із частотними перетворювачами Danfoss. Клієнти мають можливість вибрати двигун будь-якого виробника. Таким чином, вони отримують всі переваги технології EC за порівняно низькою ціною, не втрачаючи можливості оптимізації всієї системи в міру необхідності.

Поєднання найбільш ефективних окремих компонентів у межах однієї системи також надає низку переваг. За рахунок використання стандартних компонентів клієнти виявляються незалежними від постачальників та мають вільний доступ до запасних частин. Не потрібно виконувати припасування настановних з'єднань при заміні двигуна. Введення двигуна в експлуатацію аналогічне введенню в експлуатацію стандартного трифазного індукційного двигуна.

Переваги технології EC+

Мал. 5. Порівняння розмірів
стандартного трифазного
індукційного двигуна
(знизу) та оптимізованого
PM-двигуна (згори)

До переваг технології EC+ можна віднести такі фактори:

Можливість вибору типу двигуна (двигун на постійних магнітах або асинхронний двигун).
Схема керування двигуном залишається незмінною.
Незалежність від виробника у виборі компонентів двигуна.
Висока ефективність системи досягається завдяки використанню високопродуктивних компонентів.
Можливість модернізації існуючих систем.
Широкий діапазон значень номінальної потужності двигунів.
Помітно знижені масогабаритні показники обладнання (рис. 5).

Крім перерахованих вище переваг слід відзначити ще одну особливість технології EC+. Справа в тому, що звичайні електронно-комутовані вентилятори не можуть забезпечити продуктивність вище за номінальну, оскільки мають обмеження за частотою обертання. У той же час вентилятори, побудовані за архітектурою ЄС+, можуть бути розігнані до швидкості обертання робочого колеса вище за номінальну. Насправді це означає можливість збільшення витрати повітря вище номінального.

Крім того, робота двигунів ЄС+ може контролюватись за мережевими протоколами BACnet, ModBus та іншими.

Технологія EC+ з погляду кінцевих користувачів

Окремо слід сказати про погляд на технологію EC+ з точки зору кінцевих користувачів (як правило, це фахівці з проектування, монтажу та експлуатації систем вентиляції):

Знайомі технології.Багато фахівців давно використовують стандартні двигуни серії Danfoss VLT HVAC Drive. Конфігурація PM-двигунів є практично ідентичною. Користувачеві достатньо ввести нові параметри двигуна в систему керування будівлею. Принцип контролю роботи двигуна залишається незмінним. Таким чином, управління двигунами різного типу в рамках однієї системи не складає труднощів. Також є можливість заміни стандартного індукційного двигуна на PM-двигун.

Незалежність від виробникаКористувачі мають гнучкість у налаштуванні систем завдяки можливості вибору стандартних компонентів різних виробників. Оптимальна продуктивність систем.Єдиним способом досягнення оптимальної продуктивності є використання найефективніших компонентів. Користувачі, які бажають досягти максимальної економії електроенергії, повинні не тільки використовувати ефективні компоненти, але також мати у своєму розпорядженні ефективну систему, побудовану на базі цих компонентів.

Низька вартість технічного обслуговування.Недоліком інтегрованих систем часто є неможливість заміни окремих компонентів. Зношені деталі (наприклад, підшипники) далеко не завжди можна замінити, не змінюючи сам двигун, що може спричинити серйозні витрати. Принцип роботи технології EC+ передбачає використання стандартних компонентів, які може змінювати незалежно один від одного. Це дозволяє мінімізувати витрати на обслуговування системи.

Таким чином, технологія EC+ є досить перспективною у світлі сучасних тенденцій енергозбереження та підвищення ступеня контрольованості та керованості різних елементів інженерних підсистем будівлі. Свою роль має зіграти і універсальність технології - можливість її застосування на раніше встановленому устаткуванні.

Юрій Хомутський, технічний редактор журналу «СВІТ КЛІМАТУ»

У статті використані матеріали із технічної документації компанії Danfoss.

У сучасному світі гостро постала проблема енергозбереження. Тому питання зменшення енергоспоживання стають актуальними для систем кондиціювання та вентиляції, причому з кожним роком цьому питанню приділяють дедалі більше уваги. Все частіше в технічних завданнях на проектування систем вентиляції ставляться жорсткі умови з енергоспоживання, відповідно фахівці закладають найбільше економічне обладнання. EC двигуни, яким присвячена ця стаття, саме обладнання, що дозволяє економити на електроенергії, при цьому ще й збільшити продуктивність обладнання та термін його роботи.

Не секрет, що системи ОВК займають близько 70% енергоресурсів у промислових та великих комерційних будівлях. Новий напрямок в енергозбереженні це застосування так званих EC-двигунів.Застосування цих двигунів поки не таке широко, але останнім часом як закордонні постачальники так і вітчизняні пропонують обладнання укомплектоване EC-двигунами.

Що ж такеEC-Двигун?EC-двигун –це безколекторний синхронний двигун із вбудованим електронним керуванням, інакше можна назвати електронно-комутований, звідси і латинська абревіатура EC- Electronically Commutated. Вентилятори, виконані на базі цього двигуна, називаються ЄС-вентилятори.

EC-двигун побудований з урахуванням зовнішнього ротора, якого рапологуються постійні магніти. Ротор управляється шляхом контрольованої подачі електроенергії на обмотку статора і залежить від поточного положення ротора. Ротор відстежується з використанням датчиків Холла, а також параметрів регулювання, які задані від зовнішніх датчиків у вигляді струмових або потенційних сигналів. У двигун вбудований PID - регулятор (пропорційно-інтегральний диференціальний), він дозволяє встановлювати швидкість реагування двигуна на зміну сигналу, що управляє.

Принцип роботи ЄС-двигунаможна описати таким чином, управління вектором магнітного поля, створюваного вбудованими магнітами, здійснюється зміною напряму струму в статорній обмотці. Контролер обчислює яка потрібна полярність для безперервного обертання ротора із заданою швидкістю.

Ще одним плюсом у використанніEC-Двигунів можна вважати мінімальне виділення тепла, в той час як АС-мотори мають робочу температуру до 75 градусів. Допустимі температури експлуатації двигунів становлять +75 і 20С.

Отже, чому використанняEC- моторів виправдано?Ось основні плюси - компактні розміри, високі показники енергозбереження, плавне і точне управління, низький рівень шуму, зменшене виділення тепла, практично повна відсутність вібрації, висока узгоджена з робочим Колесом з аеродинаміки та потужності, вищий моторесурс. У ЄС-двигунів практично відсутні пікові пускові навантаження завдяки вбудованому регулятору, який забезпечує плавне наростання амплітуди. Пусковий струм зазвичай перевищує номінальний у 5-7 разів у АС-вентиляторах, що тягне за собою необхідність збільшення перерізу проводки та параметрів пускачів.

ЄС-двигуни мають більш високий ККД, що досягає 80-90%, оскільки зовнішній ротор з постійними магнітами, внаслідок чого відсутні теплові втрати, в порівнянні з короткорозімкненим ротором асинхронного двигуна.

Високий ступінь енергозбереження досягається зокрема за рахунок регулювання числа оборотів. Енергозбереження досягає 30% порівняно з трифазними АС-двигунами. Крім того, ЄС-двигуни за рахунок електронного регулювання менш чутливі до стрибків напруги в мережі.

З експлуатаційної точки зору переваги ЄС-двигунів обумовлені тим, що частини, що обертаються, виконані як один динамічно і статично збалансований компонент, загальна вага якого рівномірно розподілений на обидва опорні підшипники, що значно впливає на термін служби виробу. Супутньою цією обставиною є також мінімальна вібрація та шум під час роботи ЄС-двигуна.

Які ще аргументи потрібні для використання обладнання з двигунами ЄС?

EC-motors: what, where, why and what for

E. P. Vishnevskiy, Candidate of Technical Science, Technical Director, United Elements Group
G. V. Malkov, Product Manager

Спеціалісти завжди є більш oriented on purchasing energy saving equipment. Це найбільш expensive, ніж традиційний, але повно заощаджує його в процесі виконання операцій.

Keywords: EC-motor,EC-fan, energy saving equipment

Опис:

Наразі фахівці все частіше орієнтуються на придбання енергозберігаючого обладнання. Порівняно з традиційним воно дорожче, але повністю окупає себе у процесі експлуатації. ЄС-двигуни, яким присвячена ця стаття, дозволяють зменшити енергоспоживання, при цьому збільшити продуктивність обладнання та термін його безперебійної роботи.

EC-двигуни: що, де, чому та навіщо

Енергозбереження при застосуванні EC-систем у різних галузях

Висновки

Резюмуючи всі переваги систем, які придбані при використанні EC-технології, можна виділити головне: EC-вентилятори з електронним керуванням плавно реагують на зміну вимог щодо вихідної потужності, працюють в особливо економному режимі часткового навантаження та нечутливі до коливань напруги. EC-вентилятори забезпечують зниження до 30% витрати електричної енергії порівняно із звичайними трифазними AC-вентиляторами.

Література

Вишневський Є. П. Енергозбереження при проектуванні систем мікроклімату будівель // Сантехніка, Опалення, Кондиціювання (С. О.К.). - 2010. - № 1.
Вишневський Є. П., Чепурін Г. В. Нові європейські стандарти в галузі ОВК // Сантехніка, Опалення, Кондиціювання (С. О.К.). - 2010. - № 2.
ЄС-вентилятори у теплових насосах // Сантехніка, Опалення, Кондиціювання (С. О.К.). - 2008. - № 6.
ЄС-вентилятори для овочесховищ та грибних камер // Сантехніка, Опалення, Кондиціювання (С. О.К.). - 2010. - № 1.
Чудовий клімат та низькі енерговитрати з ЄС-вентиляторами у циркуляторах повітря Airius // Сантехніка, Опалення, Кондиціювання (С. О.К.). - 2008. - № 2.
Synergy of EC motors and FCUs // Modern Building Services. 2006, August.
EC motors for unit coolers // Product Bulletin. 2007, Жовтень.
ДЕРЖСТАНДАРТ-Р 52539-2006. Чистота повітря у лікувальних закладах. Загальні вимоги.
ДСТУ ISO 14644-4-2002. Чисті приміщення та пов'язані з ними контрольовані середовища.

Мотор є двигуном постійного струму з вбудованою електронікою комутації і постійними магнітами у зовнішньому роторі. Такий двигун називають Electronically Commutated, або просто EC-мотор.

Як діє ЄС-мотор?

На малюнку ми бачимо двигун у розрізі. Постійні магніти у зовнішньому роторі та обмотки статора. Постійні магніти утворюють магнітне поле. За допомогою вбудованої електроніки змінюється напрямок потоку в обмотці статора. Тим самим ebmpapst позбавилися щіток, які, як відомо, не довговічні і потребують регулярної заміни.

ЄС-мотор у розрізі

Як працює електроніка?

Роль комутатора в ЕС-моторі ebmpapst грає транзистор.

Принцип роботи простий - сигнал управління малої потужності транзистора сприяє проходженню великого струму через обмотку статора. Це надає руху ротор двигуна.

Якщо сигналу управління з урахуванням транзистора немає, немає і струм в обмотці, немає прискорення ротора на даний час.

Переваги ЄС двигуна

Напруга може змінюватись у великому діапазоні. Для 1-фазних 200-277 AC, для 3-фазних 380-480 AC. Частота 50 Гц чи 60 Гц.
У двигун вбудований фільтр EMC, захист від низької напруги в мережі, захист від пропадання фаз.
Вбудований захист від перегріву мотора та електроніки, двигун просто відключається.
Вбудований захист від блокування ротора.
Низький рівень шуму, особливо у знижених оборотах.
За рахунок зовнішнього ротора компактне виконання.
Не потребує обслуговування протягом усього терміну служби.
Великий термін служби, тому що немає деталей зі швидким зношуванням (щітки).
Високий ККД, до 92%, мінімальні втрати енергії та мінімальний самонагрів.
Для управління все є, частотний перетворювач не потрібен, синус фільтр не потрібен.

ККД ЄС-мотора

Підключення кількох вентиляторів до групи

Є можливість об'єднувати кілька ЄС-вентиляторів у групи. Один вентилятор є основним (master), інші підлеглими (slave). Тим самим керуючи головним вентилятором, ми керуємо всією групою. Це потрібно при установці на конденсаторі або в "чистих приміщеннях". Керуючий сигнал 0-10B або 4-20 мА потрібно подавати лише на master вентилятор.