Технология вентиляторных доводчиков: Электродвигатели ЕС

В июле 2021 года на всей территории ЕС вступили в силу новые меры ЕС по экодизайну электродвигателей и частотно-регулируемых приводов. Они вводят новые стандарты для двигателей и приводов, направленные на повышение энергоэффективности. 

Электродвигатели и меры по экодизайну

Новые правила обновили предыдущие нормы, принятые в 2009 году, с целью расширить сферу применения и отразить стремительные темпы технологических изменений. Новые правила распространяются на двигатели мощностью от 0,12 кВт до 1000 кВт, а также на частотно-регулируемые приводы. И двигатели, и приводы должны показывать свою эффективность в различных точках нагрузки с точки зрения скорости и крутящего момента, чтобы помочь конструкторам и инженерам оптимизировать эффективность всей системы.

Обновленные нормы позволят добиться значительной экономии электроэнергии: по оценкам Европейской комиссии, к 2030 году ежегодная экономия составит около 110 ТВт-ч, что эквивалентно потреблению электроэнергии Нидерландами и 40 млн. тонн выбросов CO2 в год.

Что касается систем отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха, то меры по экодизайну распространяются на двигатели, питающие ряд систем, включая вентиляторные доводчики. Двигатели с электронной коммутацией (EC) быстро вытесняют традиционные двигатели переменного (AC) и постоянного (DC) тока благодаря своей повышенной энергоэффективности.

Разница между двигателями переменного, постоянного и переменно-постоянного тока

Асинхронные двигатели переменного тока питаются переменным напряжением. В них используется ряд катушек (медных обмоток) в поле статора для создания вращающегося электромагнитного поля, которое изменяет свою силу и полярность.  Беличья клетка в поле ротора индуцируется статором (создавая магнитное поле). Эти два магнитных поля, взаимодействуя друг с другом, заставляют ротор вращаться.

Двигатели переменного тока предназначены для работы на одной скорости в определенной точке кривой производительности (в точке пикового КПД двигателя). За пределами этой точки КПД значительно снижается. Кроме того, при индукции тока в роторе асинхронного двигателя расходуется энергия, что еще больше снижает КПД. Таким образом, из всех двигателей переменного тока наименее эффективными являются двигатели постоянного тока. 

Двигатели постоянного тока работают от постоянного напряжения. В роторе используются постоянные магниты, а для переключения направления тока и полярности магнитного поля в обмотках статора применяются угольные щетки и коммутационное кольцо. Это создает силы магнитного притяжения и отталкивания, которые приводят во вращение ротор. 

Поскольку в двигателях постоянного тока используется магнитное поле постоянных магнитов (а не индукционный ток в роторе), их КПД на 30% выше, чем у двигателей переменного тока. Кроме того, двигатели постоянного тока могут работать с переменной скоростью и обеспечивают более точное управление. Однако они могут терять эффективность из-за таких факторов, как трение щеток и потери на вихревые токи. Двигатели постоянного тока также более склонны к поломкам и имеют меньший срок службы, поскольку щетки могут искрить и со временем изнашиваются.

В ЕС-двигателях коммутация осуществляется не механическим, а электронным способом. В двигателе сочетаются напряжения переменного и постоянного тока, а электронная коммутация достигается за счет встроенной электроники. 

Если сравнивать двигатели переменного, постоянного и ЕС-диапазона, то EC-двигатели окажутся наиболее похожими на свои аналоги постоянного тока. EC-двигатели - это, по сути, бесщеточные двигатели постоянного тока с внешним ротором, которые сочетают в себе лучшие характеристики своих конкурентов переменного и постоянного тока. Кроме того, эти двигатели обладают такими дополнительными функциями, как регулировка скорости, регулировка давления, постоянное давление и постоянный расход воздуха. 

Из всех двигателей ЕС-двигатели являются наиболее энергоэффективными и обеспечивают надежность благодаря бесщеточной конструкции. Кроме того, EC-двигатели обеспечивают более точное охлаждение, поскольку выделяют меньше тепла. Это означает, что меньшее количество тепла двигателя поглощается холодным воздухом, выходящим из фанкойла.  

Как работают ЕС-двигатели?

EC-двигатели состоят из следующих компонентов:

• Ротор
• Постоянные магниты
• Подшипниковая система
• Статор
• Обмотки
• Коммутационная электроника
• Датчики Холла 
• Корпус
• Сетевые и управляющие соединения

Питание ЕС-двигателей осуществляется переменным током, который преобразуется в постоянный с помощью коммутатора. Это важно, поскольку постоянное напряжение обеспечивает более эффективное энергопотребление по сравнению с переменным и позволяет регулировать частоту вращения. В бесщеточных двигателях постоянного тока статор (неподвижная часть двигателя) имеет больший размер, чем в двигателях постоянного тока, что позволяет добавить коммутационную электронику, включая печатную плату и выпрямитель, который переключает напряжение с переменного на постоянное.

В ЕС-двигателях для создания магнитного поля используются постоянные магниты и электрические обмотки. Коммутационная электроника направляет через каждую из обмоток определенное количество электрического тока в определенных направлениях в зависимости от положения двигателя, направления вращения и заданной скорости. В результате в статоре образуются магнитные полюса, которые затем взаимодействуют с постоянными магнитами ротора. 

В зависимости от требуемой скорости вращения вентилятора соответствующие магниты последовательно притягиваются к магнитным полюсам статора. Не все обмотки статора будут заряжены с одинаковой полярностью - для создания движения часть обмоток статора будет заряжена положительно, часть - отрицательно. Это создает силы магнитного притяжения и отталкивания, которые вращают ротор с оптимальным крутящим моментом. Двигатель, работающий с идеальным моментом (на всех скоростях), работает с максимальным КПД.

Благодаря тому, что электрика идеально изменяет силу тока, достигается очень точный контроль и управление. Это означает не только то, что EC-вентиляторы могут работать с переменной скоростью, но и то, что они остаются высокоэффективными даже при работе на 20% от полной скорости. 

Кроме того, хотя EC-двигатели имеют более крупный статор, чем двигатели постоянного тока, в них нет необходимости в угольных щетках или коллекторе. Это означает, что в целом EC-устройство имеет меньшие размеры и менее подвержено поломкам, связанным с износом.

Сколько энергии экономят EC-двигатели?

EC-двигатели отличаются высокой энергоэффективностью, их КПД превышает 90% при 100% мощности. Даже при работе на переменных скоростях EC-двигатели превосходят свои аналоги переменного и постоянного тока, что делает их отличным выбором для вентиляторных доводчиков.

Кроме того, EC-двигатели могут быть модернизированы для повышения эффективности существующих систем. В вентиляторных доводчиках, оснащенных EC-двигателями и переоборудованных для достижения оптимального режима работы, реальное повышение эффективности было отмечено в диапазоне 46-82% на низкой скорости и 52-80% на высокой скорости.

Преимущества ЕС-двигателей

ЕС-двигатели обладают рядом преимуществ, в том числе: 

• высокая энергоэффективность
• длительный срок службы
• меньшая подверженность износу (бесщеточная технология)
• Высокая степень контроля и управления системой
• Полная регулировка скорости
• Дополнительные функции, такие как регулирование давления и воздушного потока
• Выделяют меньше тепла - более точное охлаждение
• Большая гибкость
• Меньший размер
• Меньше шума
• Более длительный срок службы подшипников 
• Может быть установлен в любой тип фанкойла
• Могут быть модернизированы для повышения энергоэффективности существующих систем
• Могут быть дешевле в установке, чем двигатели постоянного тока, так как не требуют установки дополнительных технологий, таких как трансформаторное управление, частотный преобразователь или фазированное угловое управление.

Как выбрать энергоэффективные фанкойлы

Компания Eurovent Certita Certification сертифицирует работу ряда вентиляторных доводчиков, в которых используются ЕС-двигатели. Сертификация позволяет сравнивать продукты, прошедшие независимую проверку, поскольку сертифицированные продукты:

• оцениваются по одним и тем же критериям, а результаты выражаются в одних и тех же единицах измерения, независимо от страны, в которой производится или продается продукция
• эффективность проверяется беспристрастным, независимым и компетентным аккредитованным органом
• Соответствуют стандартам
• работают в соответствии с заявленными производителем техническими характеристиками.

Посмотреть и сравнить фанкойлы и другую продукцию HVAC можно в нашем каталоге сертифицированной продукции. 

Поиск продукции сейчас