Motory ECblue pro pohon ventilátorů
Evropská unie v rámci směrnice ErP (Energy related Products) stanovila pro ventilátory od příkonu 125 W minimální hodnoty účinnosti, které zavádí v zemích EU ve dvou etapách.
Proč je EC motor účinnější než běžný AC (asynchronní) motor? EC motor je elektronicky komutovaný stejnosměrný motor, u kterého je proud do cívek statoru elektronicky připojován podle polohy rotoru. EC motory jsou synchronní motory, u kterých je rotor osazen permanentními magnety. Ziehl-Abegg u motorů ECblue používá permanentní magnety z běžného feritového materiálu. U synchronního motoru se rotor otáčí stejnou rychlostí jako elektromagnetické pole. Tím nevznikají žádné ztráty skluzem jako u AC motorů, u kterých rychlost elektromagnetického pole je vyšší než rychlost otáčení rotoru. Skluz je u AC motorů potřebný, vytváří magnetického pole.
U motorů ECblue je řídící elektronika integrována přímo v motoru a tvoří jeden kompaktní celek (obr. 1). Síťové napájecí napětí se usměrňuje a přivádí do DC meziobvodu a následná řídící elektronika funguje v zásadě jako frekvenční měnič. Napájecí napětí má povolený široký pracovní rozsah. Při jednofázovém napájení je možné motory napájet v rozsahu 200 V až 277 V. Třífázové motory ECblue lze napájet v rozsahu 380 V až 480 V. Ziehl-Abegg vyrábí motory ECblue též ve verzi pro třífázové napájení 200 V až 240 V. Pro všechny tyto tři rozsahy napájení je povolená tolerance napětí +/- 10 % při frekvenci 50 Hz i 60 Hz.
Obr. 1: Konstrukce motoru ECblue
To znamená, že motory ECblue mohou být používány v různých napájecích sítích po celém světě. Řídící obvod zajistí na výstupu výkonového modulu elektroniky v závislosti na zatížení na vinutí motoru vždy potřebnou hodnotu napětí. Poloha rotoru se vyhodnocuje pomocí Hallových sond, které jsou integrovány v motoru. Elektronika vždy optimálně přizpůsobí parametry motoru pracovnímu bodu a tím motor ECblue vždy dosahuje maximální energetickou účinnost.
Příklad výhody EC ventilátorů v praxi:
U chladírenských zařízení se nepoužívá plný chladící výkon v průběhu celého roku. Maximální chladicí kapacita je potřeba většinou pouze po dobu několika horkých dní v létě. Z tohoto důvodu se po většinu roku chladírenská zařízení provozují při snížených otáčkách ventilátorů. Často se zde používá levný a snadný způsob regulace otáček ventilátorů pomocí změny úrovně napájecího napětí. Tento způsob řízení vyžaduje asynchronní motory s velkým skluzem (tzv. měkké motory), aby nedošlo k poškození motoru při nízké zátěži. Magnetický obvod udržuje konstantní magnetický tok a při snížené hodnotě napájecího napětí se toto projeví vyšším proudem. U motorů s větším skluzem se tento efekt sice snižuje, ale pro motory s vysokým skluzem je typická jejich nízká účinnost. Tzv. tvrdé motory, to jsou asynchronní motory s malým skluzem a jejich regulace otáček je možná pouze pomocí změny frekvence.
Při porovnání různých metod regulace průtoku vzduchu u kondenzátorů zjistíme, že značné úspory energie lze dosáhnout při použití ventilátorů s EC motory. Parametry motorů ECblue lze v této aplikaci optimálně přizpůsobit pracovnímu bodu. Vezměme v úvahu kondenzátor, který je osazený 10 ks AC ventilátorů. Každý s příkonem 1 kW, celkový příkon ventilátorů 10kW. Pro běžný provozní stav je potřebných 50% max. objemového průtoku ventilátorů a vztah mezi průtokem a otáčkami ventilátorů je lineární. U kondenzátorů se pro regulaci průtoku vzduchu používají tři různé metody:
- Kaskádové připojování ventilátorů (on/off postupné připojování a odpojování jednotlivých ventilátorů)
- Regulace otáček všech ventilátorů shodně pomocí napětí (přes napěťový regulátor)
- Regulace otáček všech ventilátorů shodně pomocí změny frekvence (přes frekvenční měnič) nebo jsou použity EC ventilátory
Při kaskádovém odpojování a při napěťové regulaci se spotřeba energie snižuje lineárně s otáčkami a pro regulaci napětím jsou zapotřebí vhodné motory, které mají velký skluz a tím nižší účinnost. Při řízení otáček pomocí frekvenčního měniče se spotřeba energie snižuje s třetí mocninou otáček.
Výhodou EC motorů (v porovnání s AC asynchronními motory řízenými přes frekvenční měnič) je vyšší účinnost EC ventilátorů. Při kaskádovém odpojování dojde při vypnutí pěti AC ventilátorů ke snížení spotřeby elektrické energie na 5 kW. Prakticky stejná hodnota spotřeby energie se dosáhne při napěťové regulaci všech deseti ventilátorů při 50% otáček. Při řízení otáček 10 ks EC se ve stejném pracovním bodě dosáhne příkon pouze 1,25 kW.
Tento příklad dokladuje energetickou výhodu EC ventilátorů, a to zejména při částečném zatížení. Program FanSelect pro návrh ventilátorů umožňuje provádět srovnání energetické náročnosti EC a AC ventilátorů a provede vyhodnocení návratnost investice do EC ventilátorů. (FanSelect je volně ke stažení na stránkách www.ziehl-abegg.cz)
Obr 2: Přídavný modul pro rozšíření funkcí ventilátorů ECblue
Řídící elektronika ECblue je nakonfigurována v základním provedení jako regulátor otáček 0 ... 10V nebo pro řízení přes MODBUS. Rozhraní MODBUS je buď v základní výbavě nebo verzi basic lze rozšířit o přídavné moduly s funkcí MODBUS nebo o další funkce, jako např. provozní režim „Closed-Loop“. Modulární konstrukce elektroniky ECblue umožňuje snadné dovybavení stávajících systémů o další funkce řízení ventilátorů. Pomocí přídavných modulů se též realizují zákaznické požadavky na specifické řízení ventilátorů.
Základní verze „basic“ umožňuje velmi jednoduché uvedení do provozu, které není výrazně odlišné od uvedení do provozu klasických AC ventilátorů. Ve srovnání s ventilátory AC je potřeba u EC ventilátorů navíc připojit řídící vstup, ale to nepředstavuje prakticky žádné vícenáklady. U verze „basic“ není zapotřebí žádná parametrizace ani programování. ECblue má integrovány všechny potřebné filtrační prvky pro splnění EMC kompatibility, ochranu motoru proti přetížení, obvody pro aktivní řízení a kontrolu teploty a ochranu elektroniky proti přetížení. Ziehl-Abegg vybavil ventilátory ECblue kontrolkou LED, která indikuje aktuální provozní stav motoru pomocí kódů, které signalizuje různě blikající dioda LED, která je viditelná přes kryt elektroniky. V případě servisu lze zjistit stav motoru, aniž by se musel demontovat kryt elektroniky a to umožňuje velmi snadno určit a napravit současný stav motoru: Např. stav „enable“, signalizace přepětí nebo podpětí, atd..
Obr. 3: Pouzdro s výkonovým stupněm elektroniky
Ziehl-Abegg eliminoval nižší funkční spolehlivost EC motorů v porovnání s konvenčními AC tím, že podrobil motory ECblue nejtěžším testům. Motory byly testovány na stupeň krytí IP, na působení solné mlhy, zvýšené vlhkosti a prašnosti. Motory byly také testovány v nejtěžších klimatických podmínkách nejenom v laboratoři, ale i dlouhodobě v poušti Gobi a ve vysoké nadmořské výšce v Alpách.
Pouzdro elektroniky je za účelem zvýšení spolehlivosti řídící elektroniky vyrobeno z AL odlitku. Tento odlitek chrání elektroniku před vlhkostí, prachem a vibracemi. Hliníkové pouzdro také slouží k lepšímu odvodu tepla. Motory ECblue se standardně vyrábějí v krytí IP54, na požádání je možné je vyrobit ve stupni ochrany IP55.
Ziehl-Abegg nabízí širokou škálu axiálních a radiálních ventilátorů s motory ECblue. Je možné kombinovat různé výkony elektroniky, velikosti a výkony motorů s různými typy oběžných kol. Motory ECblue se vyrábějí nejenom v provedení jako pohon ventilátoru, ale také v provedení s vyvedenou hřídelí a tím mají využití i v celé řadě jiných aplikací. Tato flexibilita nabízí optimální řešení nejen pouze pro pohon ventilátorů. Více informací získáte u pracovníků Ziehl-Abegg s.r.o. nebo na www.ziehl-abegg.cz.
Výrobce širokého sortimentu axiálních, radiálních, diagonálních, tangenciálních ventilátorů, výtahových pohonů. Portfolio pokrývá požadavky OEM partnerů, výrobců vzduchotechnických, chladírenských zařízení, filtračních zařízení a technologických celků. ...
