Технология Danfoss EC+

Ключевым фактором для создания энергоэффективного оборудования служит применение в компрессорах, насосах и вентиляторах двигателей с переменной скоростью вращения. Здесь необходимо учитывать два важных фактора: высокую эффективность оборудования и установленного в нем двигателя, а также контроль над соблюдением принципов энергоэффективности в ходе эксплуатации систем.

Наряду с высокоэффективными индукционными двигателями, широкое распространение в настоящее время получают двигатели с роторами на постоянных магнитах, обладающие высоким уровнем КПД. Использующие данную технологию двигатели широко известны в отрасли систем вентиляции и кондиционирования, как электронно-коммутируемые  двигатели (EC). В их основе лежит принцип работы бесколлекторного двигателя постоянного тока. EC-двигатели, как правило, используются в вентиляторах с внешним ротором.

Для того, чтобы специалисты в различных отраслях могли воспользоваться предоставляемым технологий EC высоким уровнем КПД, компания Danfoss усовершенствовала проверенный временем алгоритм VVC+ и оптимизировала его для работы с синхронными двигателями с возбуждением от постоянных магнитов. Двигатели данного типа, которые часто сокращенно называют двигателями на постоянных магнитах, (PM) обладают КПД, сравнимым с EC-двигателями. Однако, в отличие от EC-двигателей, их конструкция соответствует стандартам IEC, что позволяет легко интегрировать PM-двигатели как в новые, так и в существующие системы и значительно упрощает ввод двигателей в эксплуатацию.

Технология Danfoss EC+ позволяет использовать PM-двигатели, соответствующие стандартам IEC, совместно с частотными преобразователями Danfoss VLT. Компания Danfoss встроила необходимые контрольные алгоритмы в существующие модели преобразователей серии VLT. Это означает, что для использования новых двигателей достаточно внести соответствующую информацию в систему управления зданием.

Преимущества технологии EC+  

  • Возможность выбора используемого типа двигателя: двигатель на постоянных магнитах или асинхронный двигатель.
  • Схема управления двигателем остается неизменной.
  • Независимость от производителя в выборе компонентов двигателя.
  • Высокая эффективность системы достигается благодаря использованию высокопроизводительных компонентов.
  • Возможность модернизации существующих систем.
  • Широкий диапазон значений номинальной мощности двигателей.

Преимущества с точки зрения конечных пользователей:

Знакомая технология

Многие специалисты уже давно используют стандартные двигатели серии Danfoss VLT HVAC Drive. Конфигурация PM-двигателей является практически идентичной. Пользователю достаточно ввести новые параметры двигателя в систему управления зданием. Принцип контроля над работой двигателя остается при этом неизменным. Таким образом, управление двигателями различного типа в рамках одной системы не составляет труда.  Также существует возможность замены стандартного индукционного двигателя на PM-двигатель.

Независимость от производителя

Пользователи обладают гибкостью в настройке систем благодаря возможности выбора между различными производителями стандартных компонентов. Если возникают сложности с поисками запчастей, одну и ту же деталь можно приобрести у различных производителей.

Оптимальная производительность систем

Единственным способом достижения оптимальной производительности является использование наиболее эффективных индивидуальных компонентов. Пользователи, желающие достигнуть максимальной экономии электроэнергии, должны не только использовать эффективные компоненты, но также иметь в своем распоряжении эффективную систему, построенную на базе этих компонентов.

Низкая стоимость технического обслуживания

Недостатком интегрированных систем часто является невозможность замены отдельных компонентов. Изношенные детали (например, подшипники) далеко не всегда можно заменить независимо от самого двигателя, что может приводить к серьезным затратам. Принцип работы технологии EC+ предполагает использование стандартных компонентов, которые пользователь может менять независимо друг от друга. Это позволяет свести к минимуму расходы на обслуживание системы.

Счет за электроэнергию: за какие компоненты системы вам приходится платить?

Повышение эффективности работы системы является простым способом сокращения ее энергопотребления. По этой причине, Евросоюз утвердил минимальные стандарты энергоэффективности для ряда технических устройств. Примером из области двигателей может служить введение минимального стандарта энергетической эффективности (MEPS) для трехфазных индукционных двигателей. Все продаваемые  на территории ЕС двигатели должны соответствовать данному стандарту.

Таблица 1. Все продаваемые на территории ЕС двигатели должные соответствовать стандартам MEPS.

Однако, операторам систем всегда необходимо уделять внимание производительности системы в целом для достижения максимальной энергоэффективности. К примеру, частое выполнение циклов пуск/остановка на двигателях класса IE2 приводит к росту энергопотребления, который сводит к нулю экономию, достигаемую в штатном режиме функционирования. Особое внимание также необходимо уделять вентиляторам и насосам. Использование преобразователя частоты совместно с устройствами данного типа позволяет добиться более высокой эффективности, чем даже самый эффективный двигатель. Таким образом, определяющим фактором является общая производительность системы, а не производительность отдельных компонентов.

Рис.1. В соответствии с VDI DIN 6014, КПД системы определяется, как произведение КПД ее составных частей.

В качестве примера можно рассмотреть КПД центробежного вентилятора с внешним ротором, используемого совместно с EC-двигателем. Для достижения компактного размера системы, двигатель частично находится внутри рабочего колеса вентилятора. Подобная схема снижает производительность вентилятора и эффективность системы в целом. Таким образом, высокая эффективность двигателя вовсе не гарантирует высокую эффективность всей системы.

Рис.2. КПД двигателей определен в ходе измерений. КПД вентиляторов получен из каталогов производителей.

Принцип работы EC-двигателя

В отрасли систем вентиляции и кондиционирования под EC-двигателем, как правило, понимают особый тип двигателя, обладающий компактным размером и высоким КПД. EC-двигатели работают на основе принципа электронной коммутации вместо традиционной коммутации с использованием щеток, характерной для двигателей постоянного тока. Производители EC-двигателей заменяют обмотку ротора постоянными магнитами. Магниты позволяют повысить эффективность, а электронная коммутация устраняет проблему в виде механического износа щеток.  Поскольку принцип работы EC-двигателя соответствует принципу работы двигателя постоянного тока, такие двигатели часто называют бесколлекторными двигателями постоянного тока (BLDC).

Рис. 3. Различные типы двигателей.

Двигатели данного класса обычно имеют мощность до нескольких сотен ватт. В отрасли систем вентиляции и кондиционирования они чаще всего применяются в виде внешних роторных двигателей и используются в широком диапазоне мощности. Мощность некоторых устройств может достигать 6кВт.

Используемая технология

Благодаря встроенным постоянным магнитам, двигатели с возбуждением от постоянных магнитов не требуют для возбуждения отдельной обмотки. Однако, для работы им необходим электронный контроллер, который генерирует вращающееся поле. Подключение напрямую к линии электропитания, как правило, невозможно, или приводит к снижению КПД. Для управления двигателем контроллер (преобразователь частоты) должен уметь определять текущее состояние ротора в любой момент времени. Для этой цели используются два различных метода, один из которых использует обратную связь со стороны датчика для определения текущей позиции ротора, а другой ее не использует.

Рис. 4. Сравнение различных видов коммутации.

Отличительной особенностью двигателя с возбуждением от постоянных магнитов является характер обратной ЭДС. В режиме генератора двигатель вырабатывает напряжение, которое называется обратной ЭДС. Для оптимального управления двигателем контроллер должен обеспечивать максимальное соответствие формы сигнала входного напряжения  форме сигнала обратной ЭДС. Производители бесколлекторных двигателей постоянного тока используют для этой цели коммутацию по прямоугольному импульсу.

PM-двигатели в качестве альтернативы EC-двигателям

Каждый тип двигателя на постоянных магнитах обладает своими преимуществами и недостатками. PM-двигатели с синусоидальной коммутацией проще в структурном плане, но им требуется более сложная схема управления. В случае EC-двигателей ситуация диаметрально противоположная: создание прямоугольного сигнала обратной ЭДС является более сложной задачей, но структура схемы управления значительно упрощается. Однако, для технологии электронной коммутации характерная более высокая неравномерность крутящего момента по причине использования коммутации по прямоугольному импульсу. Двигатели данного типа также используют в 1,22 раза более высокое напряжение в сравнении с PM-двигателями по причине использования двух фаз вместо трех.

Эффективность работы

Использование в двигателе постоянных магнитов практически полностью устраняет потери на роторе, что приводит к повышению эффективности.

Рис. 5. Эквивалентные схемы двигателей.

Преимущества EC-двигателей с точки зрения эффективности в сравнении с традиционными однофазными индукционными двигателями с расщепленными полюсами оказываются наиболее значительными в диапазоне мощности нескольких сотен ватт. Трехфазные индукционные двигатели, как правило, обладают мощностью выше 750Вт. Преимущество в эффективности со стороны EC-двигателей уменьшается по мере роста номинальной мощности оборудования. Системы на основе EC-двигателей и PM-двигателей (электроника плюс двигатель) при схожих конфигурациях (источник питания, электромагнитный фильтр и т.д.) обладают сопоставимым уровнем КПД.

PM-двигатели, соответствующие стандарту IEC

В настоящее время широко распространены трехфазные индукционные двигатели со стандартными установочными размерами и размерами рамы, определенными в стандартах IEC EN 50487 или IEC 72. Однако, многие PM-двигатели используют другие стандарты. В качестве типичного примера можно рассмотреть сервоприводы. Обладающие компактным размером и длинным ротором сервоприводы оптимизированы для приложений с высокой динамикой.

В настоящее время доступны PM-двигатели со стандартными размерами рамы, соответствующими IEC, что позволяет использовать в существующих системах высокоэффективные двигатели с возбуждением от постоянных магнитов. Это позволяет заменить старые трехфазные индукционные двигатели (TPIM) на более эффективные PM-двигатели.

Существует два типа PM-двигателей, соответствующих стандартам IEC

Вариант 1:

Одинаковый размер рамы. Двигатели типа PM/EC и TPIM имеют одинаковый размер рамы.

Пример:

Двигатель типа TPIM мощностью 3кВт может быть заменен двигателем типа EC/PM аналогичного размера.

Вариант 2:

Двигатель типа PM/EC с оптимизированным размером рамы и двигатель типа TPIM обладают одинаковой номинальной мощностью. В связи с тем, что PM-двигатели обычно имеют более компактный размер при сравнимом уровне мощности, размер рамы оказывается меньше, чем для двигателя типа TPIM.

Пример:

Двигатель типа TPIM мощностью 3кВт может быть заменен двигателем типа EC/PM с размером рамы, соответствующим двигателю типа TPIM мощностью 1,5кВт.

Технология EC+

Технология Danfoss EC+ появилась в ответ на требования клиентов. Она позволяет использовать PM-двигатели совместно с частотными преобразователями Danfoss. Клиенты имеют возможность выбрать двигатель любого производителя. Таким образом, они получают все преимущества технологии EC по сравнительно низкой цене, не теряя при этом возможности по оптимизации всей системы по мере необходимости.

Рис. 6. Сравнение размеров стандартного трехфазного индукционного двигателя (снизу) и оптимизированного PM-двигателя (сверху).

Сочетание наиболее эффективных отдельных компонентов в рамках одной системы также предоставляет целый ряд преимуществ. За счет использования стандартных компонентов, клиенты оказываются независимыми от поставщиков и имеют свободный доступ к запасным частям. Не требуется выполнять подгонку установочных соединений при замене двигателя. Ввод двигателя в эксплуатацию аналогичен вводу в эксплуатацию стандартного трехфазного индукционного двигателя. Разница состоит исключительно в характеристиках двигателя. Дополнительное обучение для обслуживающего персонала не требуется.

Комментарии

Ваше имя:

E-mail:  (на сайте не показывается)

Введите код с картинки: