Анализ энергосбережения ЕС-вентиляторов по сравнению с вентиляторами переменного тока
В этой статье мы проанализируем различия между ЕС-вентиляторами и вентиляторами переменного тока с точки зрения их фактических производственных решений, принципов работы, данных динамометра соответствующих двигателей, фактических данных испытаний объема воздуха вентиляторов, фактических сценариев применения осевых вентиляторов переменного тока и осевых вентиляторов ЕС, а также тенденций развития отрасли.
Актуальные производственные решения для двигателей переменного тока
Обмотка статора Ротор с короткозамкнутым ротором Статор-ротор в сборе Схема
На реальных фотографиях мы видим, что схема поперечно-щелевой обмотки двигателя переменного тока заставляет часть эмалированной проволоки выступать за пределы сердечника.
Основной принцип работы двигателя переменного тока заключается в следующем
1. Обмотка статора подключена к переменному току, и в обмотке генерируется вращающееся и изменяющееся магнитное поле.
2. Вращающиеся и изменяющиеся линии магнитного потока статора проходят через ротор с короткозамкнутым ротором. Согласно принципу электромагнитной индукции, вращающееся и изменяющееся индуцированное магнитное поле будет индуцироваться на роторе, а магнитное поле ротора «следует» за изменениями магнитного поля статора.
3. Два магнитных поля взаимодействуют друг с другом, приводя ротор во вращение.
Фактический план производства ЕС-двигателя
Обмотка статора Ротор с постоянными магнитами Статор и ротор Схема сборки
По фотографиям реального объекта видно, что в ЕС-моторах в основном используются централизованные обмотки, которые похожи на однозубую обмотку катушки вокруг статора, а эмалированный провод имеет более короткое расстояние между поперечными проводами. Эмалированная проволока относительно меньше выходит за плоскость сердечника.
Принцип работы ЕС-двигателя
Принцип работы ЕС-двигателя можно свести к следующим трем шагам:
1. Входная мощность переменного тока выпрямляется и преобразуется контроллером в мощность постоянного тока, а мощность постоянного тока затем преобразуется в мощность переменного тока требуемой частоты через инверсию, а затем подается на обмотку двигателя через эмалированную проволочную головку, подключенную к электрической плате управления. Контроллер генерирует вращающееся магнитное поле, последовательно соединяя обмотки.
2. Вращающееся магнитное поле взаимодействует с магнитным полем ротора с постоянными магнитами, приводя во вращение двигатель.
3. Контроллер может точно определять положение магнитного поля ротора путем контроля датчиков, тока и обратной электродвижущей силы и других сигналов, а затем проводить соответствующую обмотку для формирования управляющего магнитного поля.
Анализ принципа энергосбережения ЕС-двигателей и их применения по сравнению с электродвигателями переменного тока
Из приведенного выше анализа видно, что двигатели переменного тока создают эффективное магнитное поле за счет электромагнитной индукции, поэтому часть электрической энергии используется для создания магнитного поля, а эффективность преобразования кинетической энергии снижается. В ЕС-двигателях используются постоянные магниты, поэтому нет необходимости в электрической энергии для создания магнитного поля ротора, поэтому нет потерь энергии.
Во-вторых, существуют различия в эффектах обмотки и магнитного поля. В процессе поперечно-щелевой обмотки двигателей переменного тока большая часть эмалированной проволоки будет превышать сердечник, что вызовет утечку и нагрев, тем самым снижая эффективность преобразования двигателя в кинетическую энергию. Метод обмотки ЕС-двигателей может уменьшить эти потери.
Из-за асинхронного принципа конструкции двигателей переменного тока ротор и статор имеют конструкцию с фиксированным проскальзыванием. Когда двигатель превышает расчетную нагрузку, фактическое проскальзывание двигателя будет отклоняться от расчетного проскальзывания, тем самым сужая общий диапазон высокого КПД. Конструкция с постоянными магнитами и конструкция управления приводом ЕС-двигателей позволит эффективно избежать этой ситуации. Чтобы уменьшить этот дефект двигателей переменного тока, инверторы часто используются в реальных приложениях для регулировки скорости двигателей переменного тока. Частотно-регулируемое регулирование скорости в основном включает в себя три процесса: выпрямление, инверсию и управление. В этих трех процессах эффективность преобразования варьируется в зависимости от рабочей точки и составляет примерно от 85% до 96%. Основные потери энергии приходятся на выпрямляющие и инверсионные звенья, на долю которых приходится около 90% от общих потерь. Фактическое тестовое значение КПД контроллера ЕС-двигателей в основном превышает 97%. В целом, двигатели переменного тока с инверторами могут в определенной степени повысить эффективность работы двигателей переменного тока, но все же существует некоторый разрыв по сравнению с электродвигателями переменного тока.
Ниже приведена динамометрическая кривая определенного двигателя переменного тока и двигателя ЕС с одинаковой мощностью и диапазоном скоростей.
Из кривой можно сделать вывод: ЕС-двигатели более эффективны и имеют более широкий диапазон высокого КПД.
Энергосберегающий анализ данных испытаний вентиляторов переменного тока с инверторами и ЕС-вентиляторов:
Благодаря анализу данных можно увидеть, что при типичной рабочей точке 100 Па для больших осевых вентиляторов эффективность статического давления решения EC на 3,3% выше, чем у инверторного решения AC plus.
