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

Specialists today are becoming more oriented on purchasing of energy saving equipment. It is more expensive than traditional, but fully pays back for itself in the process of operation.EC-motors described in the article allow for energy consumption reduction while increasing the equipment performance and time-to-fail.

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

Описание:

В настоящее время специалисты все чаще ориентируются на приобретение энергосберегающего оборудования. По сравнению с традиционным оно более дорогое, но полностью окупает себя в процессе эксплуатации. ЕС-двигатели, которым посвящена данная статья, позволяют уменьшить энергопотребление, при этом увеличить производительность оборудования и срок его бесперебойной работы.

EC-двигатели: что, где, почему и зачем

Энергосбережение при применении EC-систем в различных областях

Выводы

Резюмируя все достоинства систем, приобретаемые при использовании EC-технологии, можно выделить главное: EC-вентиляторы с электронным управлением плавно реагируют на изменение требований по выходной мощности, работают в особо экономном режиме частичной нагрузки и нечувствительны к колебаниям напряжения. EC-вентиляторы обеспечивают снижение до 30 % расхода электрической энергии в сравнении с обычными трехфазными AC-вентиляторами.

Литература

1. Вишневский Е. П. Энергосбережение при проектировании систем микроклимата зданий // Сантехника, Отопление, Кондиционирование (С. О.К.). – 2010. – № 1.
2. Вишневский Е. П., Чепурин Г. В. Новые европейские стандарты в области ОВК // Сантехника, Отопление, Кондиционирование (С. О.К.). – 2010. – № 2.
3. ЕС-вентиляторы в тепловых насосах // Сантехника, Отопление, Кондиционирование (С. О.К.). – 2008. – № 6.
4. ЕС-вентиляторы для овощехранилищ и грибных камер // Сантехника, Отопление, Кондиционирование (С. О.К.). – 2010. – № 1.
5. Великолепный климат и низкие энергозатраты с ЕС-вентиляторами в циркуляторах воздуха Airius // Сантехника, Отопление, Кондиционирование (С. О.К.). – 2008. – № 2.
6. The synergy of EC motors and FCUs // Modern Building Services. 2006, August.
7. EC motors for unit coolers // Product Bulletin. 2007, October.
8. ГОСТ-Р 52539-2006. Чистота воздуха в лечебных учреждениях. Общие требования.
9. ГОСТ Р ИСО 14644-4-2002. Чистые помещения и связанные с ними контролируемые среды.

В современном мире остро стала проблема энергосбережения. Поэтому вопросы уменьшения энергопотребления становятся актуальными для систем кондиционирования и вентиляции, при чем с каждым годом этому вопросу уделяют все больше внимания. Все чаще в технических заданиях на проектирование систем вентиляции ставятся жесткие условия по энергопотреблению, соответственно специалисты закладывают наиболее экономично оборудование. EC двигатели, которым посвящена эта статья, как раз оборудование, позволяющее экономить на электроэнергии, при это еще и увеличить производительность оборудования и срок его работы.

Ни секрет, что системы ОВК занимают порядка 70% энергоресурсов в промышленных и больших коммерческих зданиях. Новое направлении в энергосбережение это применение так называемых EC -двигателей. Применение этих двигателей пока не так широко, но в последнее время как зарубежные поставщики так и отечественные предлагают оборудование укомплектованное EC-двигателями.

Что же такое EC -двигатель? EC -двигатель – это бесколлекторный синхронный двигатель со встроенным электронным управлением, по другому можно назвать электронно-коммутируемый, отсюда и латинская аббревиатура EC — Electronically Commutated. Вентиляторы выполненные на базе этого двигателя называются ЕС-вентиляторы

EC-двигатель построен на базе внешнего ротора, к котором раполагаются постоянные магниты. Ротор управляется путем контролируемой подачи электроэнергии на обмотку статора, и зависит от текущего положения ротора. Ротор отслеживается с использованием датчиков Холла, а также параметров регуливарония которые заданы от внешних датчиков в виде токовых или потенциальных сигналов. В двигатель встроен PID — регулятор (пропорционально-интегральный дифференциальный), он позволяет устанавливать скорость реагирования двигателя на изменение управляющего сигнала.

Принцип работы ЕС-двигателя можно описать таким образом, управление вектором магнитного поля, создаваемого встроенными магнитами, осуществляется изменением направления тока в обмотке статора. Контроллер же вычисляет какая нужна полярность для непрерывного вращения ротора с заданной скоростью.

Еще одним плюсом в использовании EC -двигателей можно считать минимальное выделение тепла, в то время как АС-моторы имеют рабоучую температуру до 75 градусов. Допустимые температуры эксплуатации двигателей составляют +75 и 20С.

Итак, почему использование EC - моторов оправдано? Вот основные плюсы — компактные размеры, высокие показатели энергосбережения, плавное и точное управление, низкий уровень шума, уменьшенное выделение тепла, практически полное отсутствие вибрации, высокая согласованной с рабочим Колесом по аэродинамике и мощности, более высокий моторесурс. У ЕС-двигателей практически отсутствуют пиковые пусковые нагрузки, благодаря встроенному регулятору, которые обеспечивает плавное нарастание амплитуды. Пусковой ток обычно превышает номинальный в 5-7 раз в АС-вентилятарах, что влечет за собой необходимость увеличения сечения проводки и параметров пускателей.

ЕС-двигатели имеют более высокий КПД, достигающий 80-90%, так как ротор внешний с постоянными магнитами, в следствие чего отсутствуют тепловые потери, по сравнению с короткоразомкнутым ротором асинхронного двигателя.

Высокая степень энергосбережения достигается в том числе за счет регулирования числа оборотов. Энергосбережение достигает 30% по сравнению с трехфазными АС-двигателями. Кроме того, ЕС-двигатели за счет электронного регулирования менее чувствительны в скачкам напряжения в сети.

С эксплуатационной точки зрения преимущества ЕС-двигателей обусловлены тем, что вращающиеся части исполнены как один динамически и статически сбалансированный компонент, общий вес которого равномерно распределен на оба опорных подшипника, что значительно влияет на срок службы изделия. Сопутствующим этому обстоятельством является также минимальная вибрация и шум при работе ЕС-двигателя.

Какие еще аргументы нужны для использования оборудования с ЕС-двигателями?

Мотор представляет собой двигатель постоянного тока со встроенной электроникой коммутации и постоянными магнитами во внешнем роторе. Такой мотор называют Electronically Commutated, или просто EC-мотор.

Как действует ЕС-мотор?

На картинке мы видим двигатель в разрезе. Постоянные магниты во внешнем роторе и обмотки статора. Постоянные магниты создают магнитное поле. При помощи встроенной электроники изменяется направление потока в обмотке статора. Тем самым ebmpapst избавились от щеток, которые, как известно, не долговечны и требуют регулярной замены.

ЕС-мотор в разрезе

Как работает электроника?

Роль коммутатора в ЕС-моторе ebmpapst играет транзистор.

Принцип работы прост - сигнал управления малой мощности на транзистора способствует прохождению большого тока через обмотку статора. Это приводит в движение ротор двигателя.

Если сигнала управления на базе транзистора нет, то отсутствует и ток в обмотке, нет ускорения ротора в данный момент времени.

Преимущества ЕС мотора

• Напряжение может изменяться в большом диапазоне. Для 1-фазных 200-277 В AC, для 3-фазных 380-480 В AC. Частота 50 Гц или 60 Гц.
• В двигатель встроен EMC фильтр, защита от низкого напряжения в сети, защита от пропадания фаз.
• Встроена защита от перегрева мотора и электроники, двигатель просто отключается.
• Встроена защита от блокировки ротора.
• Низкий уровень шума, особенно на пониженных оборотах.
• За счет внешнего ротора компактное исполнение.
• Не требует обслуживания на протяжении всего срока службы.
• Большой срок службы, так как нет деталей с быстрым износом (щетки).
• Высокий КПД, до 92%, минимальные потери энергии и минимальный самонагрев.
• Для управления все есть, частотный преобразователь не нужен, синус фильтр не нужен.

КПД ЕС-мотора

Подключение нескольких вентиляторов в группу

Есть возможность объединять несколько ЕС-вентиляторов в группы. Один вентилятор является главным (master), остальные подчиненными (slave). Тем самым управляя главным вентилятором мы управляем всей группой. Это востребовано при установке на конденсаторе или в "чистых помещениях". Управляющий сигнал 0-10B или 4-20 мА нужно подавать только на master вентилятор.

Инструкция по работе с EC-control.

Программа EC-control предназначена для настройки электронно-коммутируемых вентиляторов. Программа является бесплатной.

Для ее получения сделайте нам запрос и мы ее вам предоставим.

(инструкция по работе с ec-control на русском языке 2014 год)

Видео ролик ЕС-технология:

EC-технология - это интеллектуальная технология, использующая интегральную электронную систему управления, позволяющую убедиться, что двигатель всегда работает с оптимальной нагрузкой. В сравнении с AC двигателями, эффективность использования энергии в EC-двигателях во много раз выше. Преимущество EC-вентиляторов в низком энергопотреблении и простоте управления.

Встроенная электронная система управления может изменять скорость для точного соответствия требованиям по расходу воздуха и работать с высоким уровнем эффективности. Для одинаковых расходов воздуха EC-вентиляторы потребляют существенно меньшее количество энергии, чем вентиляторы с АС двигателями.

Другой особенностью EC-двигателей является их потенциал энергосбережения, не только при полной, но и особенно при частичной нагрузке. В таком случае потери эффективности намного меньшие чем у асинхронных двигателей аналогичной мощности. Сниженное энергопотребление гарантирует снижение экплуатационных расходов.

Преимущества электронно-коммутируемого вентилятора
Высокий КПД (93%), экономия электроэнергии - обеспечивают снижение эксплуатационных расходов минимум на 30%.

Низкий уровень шума при сравнительно высокой мощности.
Компактные размеры при сравнительно высокой мощности.
Встроенное оборудование для обеспечения питанием датчика давления и температуры (Управляющая электроника и сетевой фильтр встроены в мотор вентилятора)

Двигатель и электроника согласованы.
Возможность плавной и точной регулировки, возможность программирования, регулировка производительности вентилятора в зависимости от уровня температуры, давления, степени задымленности.
Защита двигателя от механических воздействий и электрических перегрузок.
Диапазон допустимых напряжений питания 200-277 и 380-480 В ±15%
Быстрое и простое подключение.
Не требует сервисного обслуживания. Имеет длительный срок службы (более 60 000 часов, т.е. 6,8 лет непрерывной работы)

ЭКОНОМИЧЕСКИЕ
Снижение затрат на электроэнергию от 30 % за счет оптимизации режима работы вентилятора в соответствии с требуемыми параметрами (температура, влажность и т.д.);
Снижение затрат на монтаж и пуско- наладку;
Отсутствие затрат на дополнительное оборудование;
Отсутствие затрат на ремонт сервисное обслуживание;
Минимальное выделение тепла в окружающее пространство за счет отсутствия нагрева двигателя!
ТЕХНИЧЕСКИЕ
Длительный срок службы (при + 40°С – 60 000 часов непрерывной работы или 6,8 лет, при + 10°С – 80 000 часов или 9 лет!)
Полная управляемость
Низкий уровень шума: ниже чем у традиционных вентиляторов на 20÷30 дБ(А)!
Программирование на заданный режим работы; возможность подстройки режима работы системы непосредственно на объекте.
Полный мониторинг работы вентиляционной системы, в т.ч. с удаленным доступом (при наличии доступа в Интернет)
Всесторонняя защита от нежелательных механических и электрических воздействий
В результате имеем: высокую экономическую эффективность!

Отличительные особенности ЕС вентиляторов:
Двигатель серии EC имеет более высокую надежность по сравнению с асинхронным двигателем с частотным преобразователем при колебаниях напряжения сети.
Электродвигатель EC устойчив к повышенному напряжению сети. Рабочий диапазон напряжения питания от 380В до 480В (обычные асинхронные двигатели при незначительных повышениях напряжения начинают перегреваться и могут преждевременно выйти из строя). При понижении напряжения сети двигатель серии EC плавно останавливается и выдает аварийный сигнал (асинхронный двигатель в этом случае может полностью остановиться и выйти из строя).
Высокой надежности двигателя серии EC способствует встроенный блок защиты (защита от принудительной блокировки рабочего колеса вентилятора, обнаружение повреждения фаз, плавный пуск двигателя (отсутствуют резкий скачок напряжения, нет возрастания шума при запуске вентилятора), обнаружение пониженного напряжения, защита от перегрева электроники и двигателя, защита от короткого замыкания), что позволяет не предусматривать защитную аппаратуру в системе автоматического управления.
В вентиляторах с двигателями серии EC отсутствуют клиноременная передача, шкивы, элементы натяжения ремней, которые снижают надежность, требуют их технического обслуживания, замены, а также увеличивают эксплуатационные издержки.
Низкое энергопотребление за счет более широкого диапазона регулирования от 10 до 100% (надежный диапазон регулирования асинхронного двигателя с частотным преобразователем от 40 до 100%). Вентиляторы ЕС отличает высокая точность выхода вентилятора на рабочий режим при наладке (служба наладки всегда может изменить заданное число оборотов вращения вентилятора).
Оборудование выполненное на базе вентиляторов с двигателями EC более компактное и соответственно требует меньше площадей для размещения.
Возможность изменения количества числа оборотов при помощи потенциометра, контролирование работы вентиляторов, изменение параметров работы с помощью ЭВМ (вентиляторы через переходник подключаются к персональному компьютеру, PDA) нет необходимости в дорогостоящей электропроводке с экранированным проводом, вентиляторы поставляются с программным обеспечением для связи с ЭВМ.
Конструкция рабочего колеса с обратнозагнутыми лопатками значительно сокращает оседание пыли на лопатках, работа вентилятора характеризуется низким уровнем шума.

Приточно-вытяжные системы вентиляции и кондиционирования помещений различного назначения, требующих экономичного решения и управляемой системы вентиляции. Применение ЕС моторов в вентиляторе ВКМ позволило существенно уменьшить потребление электроэнергии (порядка 35%) и при этом обеспечить высокие аэродинамические характеристики и низкий уровень шума. Это особенно важно в случае применения вентиляторов в системах общественных объектов (банки, супермаркеты, рестораны, отели и т.д.), вблизи жилых домов, а также в бытовой сфере (например, вентиляция частных бассейнов). Благодаря ЕС моторам вентиляторы можно легко объединить в сеть и регулировать централизовано. Стальной корпус обеспечивает надежную работу при наружном монтаже. Предназначены для соединения с круглыми воздуховодами диаметром 160, 200, 250, 315 мм.

Конструкция

Корпус вентилятора изготовлен из стали с полимерным покрытием. Новые технологии изготовления конструктивных элементов обеспечивают абсолютную герметичность корпуса. Для более удобного подключения и использования вентилятор может оснащаться шнуром питания со штекером (ВКМ… ЕС Р).

Двигатель

Используются высокоэффективные электронно-коммутируемые (ЕС) моторы постоянного тока с внешним ротором, оборудованные рабочим колесом с загнутыми назад лопатками. Такие моторы являются на сегодняшний день наиболее передовым решением в области энергосбережения. ЕС моторы характеризуются высокой производительностью и оптимальным управлением во всем диапазоне скоростей вращения. Несомненным преимуществом электронно-коммутируемого двигателя является высокий КПД (достигает 90%).

Двигатели снабжены подшипниками качения для обеспечения большего срока эксплуатации (40 000 часов). Для достижения точных характеристик, безопасной работы и низкого уровня шума, при сборке, каждая турбина проходит динамическую балансировку. Класс защиты двигателя IP 44.

Регулировка скорости

Управление вентилятором осуществляется при помощи внешнего управляющего сигнала 0-10 В (регулировка производительности осуществляется в зависимости от уровня температуры, давления, задымленности и других параметров).При изменении значения управляющего фактора ЕС вентилятор изменяет скорость вращения, и подаёт ровно столько воздуха, сколько необходимо для вентиляционной системы. Максимальная скорость вращения вентилятора не зависит от частоты электрического тока в сети (возможна работа как в сети с частотой тока 50 Гц, так и 60 Гц). Вентиляторы можно объединять в единую компьютерную сеть управления. Программное обеспечение позволяет с высокой точностью управлять работой объединенных в сеть вентиляторов. На дисплей компьютера выводятся все параметры системы, и, при необходимости, можно задавать индивидуальный режим работы для каждого вентилятора в сети.

Монтаж

Допускается монтаж под любым углом относительно оси вентилятора. Присоединение к стене осуществляется при помощи крепежных кронштейнов, которые входят в комплект поставки. Подача питания на вентилятор осуществляется через наружную клеммную коробку