Във всекидневието си ние постоянно се сблъскваме с работата на различни видове вентилатори, като ги използваме под най-различни форми и с най-различни функции. В ОВиК индустрията имаме два ясно различаващи се вида вентилатори – с правотоково захранване и с променливотоково захранване. Но има ли разлика между тях и до колко значима е тя? Какви са плюсовете и минусите при работа с всеки един от вентилаторите? Нека разберем заедно:
Магнетизъм – основно правило при работата на всеки един вентилатор!
При електрическият мотор машината превръща електрическата енергия в механична такава чрез въртене. Електрическата енергия (или мощност) се измерва основно в киловат (kW), докато въртеливото движение се измерва в rpm (брой завъртания в минута). Въпреки това, част от електрическата енергия се губи по време на процеса на генериране на толинна енергия, момента на триене и други загуби на енергия по време на работа на мотора, а качеството на работа на мотора Ви предупреждава, че част от абсорбираната енергия се намира в двигателния вал. Обикновено, коефициента на работа е изобразен на платката на мотора чрез символа η и се изчислява в проценти. Принципно, този коефициент е изчислен до 85 %, което означава, че 25 % от обработената енергия е загубена. Колкото по-висока е ефективността на работата на двигателя, толкова по-малки са загубите и толкова повече енергия се преобразува по време на въртенето на двигателя, като това въртене се измерва в нанометър (Nm).Електрическият двигател е взаимодействие между магнитни сили, което означава, че по време на процеса на подаване на ток към двигателя, това генерира магнитно поле, което от своя страна си взаимодейства с поставени на въртящ се компонент магнити. Това взаимодействие предизвиква въртеливо движение, което е пример за преобразуването на електрическата енергия в механична такава. Моторът е един сложен механизъм, при който взаимодействието между електричество и магнетизъм улеснява контролирано и целенасочено въртеливото движение, което е в основата на широк спектър от приложения във всички индустрии, включително ОВиК индустрията. Двигателят се състои от статор и ротор. Статорът е неподвижната част на двигателя, използвана за монтиране на двигателя към въздуховода или инсталацията. Роторът, който има формата на цилиндър, е въртящата се част, върху която е монтиран валът на двигателя. При вентилаторът лопатките са монтирани на този вал на двигателя (на ротора). В статора чрез електромагнетизъм се генерира магнитно поле. Електрическият ток протича през намотката на двигателя в статора и генерира магнитно поле. Тъй като се отнася за променливо напрежение и се използват няколко намотки, това магнитно поле се генерира около ротора.
Видове АС мотори:
Асинхронен срещу синхронен мотор
В ОВиК индустрията главно се използват АС моторите. Те са надеждни, здрави и лесни за поддръжка. Има два ясно различими вида АС мотори: асинхронни и синхронни. Както бе споменато по-горе, в статора се създава въртящо се магнитно поле, а синхронният двигател има ротор, съставен от непрекъснати магнити. Магнитните противоположности се привличат взаимно, затова и магнитите на ротора следват точно (синхронно) полето на въртящия се статор, независимо от натоварването.
Принципа на работа на асинхронния мотор е малко труден за възприемане, защото асинхронния двигател няма ротор с непрекъснати магнити, а магнитното поле се създава чрез индукция (всмукване). За да се осъществи това действие, роторът е снабден с електрически кондуктори, изработени от алуминий или мед. Те са свързани в двата края с накъсо съединен ротор. Целия този механизъм е поставен в електродвигател с конусен кафезен ротор. В резултат на принципа на индукцията (Законът на Фарадей), токът минава през тези контури, затова и можем да наречем асинхроните мотори индукционни. Токът, който протича в ротора създава магнитно поле, което от своя страна си взаимодейства с полето в статора, карайки мотора да се върти.
За разлика от повечето синхронни мотори, асинхронните винаги имат по-малко честота на въртене от магнитното поле в статора. Тази разлика още се нарича хлъзгане (англ. ”slip” или „slip speed”), а в следствие на това в ротора на асинхронния двигател се вкарва ток с обратна посока. Колкото по-голямо е натоварването, толкова по-голяма е и разликата. Роторът увеличава скоростта си дотолкова колкото магнитуда на тока и момента на въртене на ротора симетрира натоварването на вала в мотора. В случай че няма такъв момент на въртене по време на синхронизирана скорост, индукционният мотор винаги ще работи по-бавно от синхронизирата скорост.
Регулатори на обороти за АС вентилатори
Синхронните мотори използват по-малко енергия за разлика от асинхронните такива, но могат главно да се използват заедно с честотни инвертори. При асинхронните двигатели можете да изберете между това дали да ги управлявате или не чрез регулатори на скоростта. Контролерите Ви помагат да намалите механичния удар при стартирането на двигателя. Благодарение на тези устройства, повечето вентилационни системи в различни приложения могат да бъдат управлявани по-надеждно и прецизно. За пример можем да вземем и автоматизираната вентилация (още „вентилация спрямо нуждите“), при която регулаторите оптимизират потока на въздуха и подобряват качеството на въздуха в помещенията, като същевременно спестяват енергия.
В ОВиК индустрията вентилаторите с асинхронни двигатели могат да се управляват с честотни инвертори или регулатори на обороти, като и двете имат своите предимства и недостатъци на работа. С помощта на честотния инвертор можете възможно най-точно да управлявате вентилатора и същевременно да спестите енергия, докато регулаторът от своя страна е по-евтин и лесен за монтаж и употреба.
Честотният преобразувател оптимизира както напрежението, така и честотата на тока на двигателя посредством широчинно-импулсната модулация ( англ. „pulse width modulation”). Този процес изисква използването на IGBT транзистори, които представляват полупроводникови устройства с три извода, които могат да прекъснат захранване с висока мощност на висока честота. Тази технология предоставя оптимален контрол над двигателя, но е скъпа. Обикновено, за това е нужен инвертор, който регулира и напрежението, и честотата на мотора. Скаларния честотен инвертор поддържа стойностите на напрежението и честотата постоянни през цялото време на повишаване на скоростта на мотора. Това са най-простите честотни преобразуватели предвид малкото количество данни за двигателя, подавани от устройството. За това се изисква само малка настройка, за да се управлява мотора. Методът на регулиране на напрежението и честотата дава възможност да се управляват различни мотори чрез един-единствен честотен инвертор. В такива приложения, свързаните двигатели стартират и спират по едно и също време и работят с една скорост.
За разлика от честотния инвертор, регулатора на обороти единствено ще промени напрежението на двигателя. Този тип регулатори са подходящи единствено за двигатели с възможност за регулиране на напрежението и затова при управление на вентилатори, при които въртящия момент намалява с намаляне на скоростта. Положителното при този тип регулатори е опростената работа и цената им. Те нямат нужда от настройка, защото след като са инсталирани, те веднага започват да управляват вентилатора. Конструкцията на регулаторите на обороти е много по-опростена от тази на електронните регулатори на обороти, а това влияе и на цената. Много разнообразни технологии могат да се използват за регулиране оборотите на вентилаторите, като всяка една има своите предимства и недостатъци. Най-разпространената и използвана такава е регулиране на оборотите в няколко стъпки (Трансформаторните регулатори на обороти) и електронните регулатори на обороти ( ТРИАК технология на регулиране на оборотите).
EC мотори или мотори с вграден регулатор на обороти
Безчетковите постояннотокови електродвигатели също приспадат към ЕС моторите. Те са синхронни мотори, които се управляват чрез вкарване на прав ток посредством вграден регулатор на обороти, като ЕС моторите са свързани към източник с променлив ток. Променливия ток се преобразува в постоянен такъв, с който вграденият регулатор управлява двигателя.
Принципно, ЕС моторите имат ротор, направен от постоянни магнити, които се въртят около статора. Вграденият регулатор има детектор, който преобразува променливотоковото захранване в правотоково такова и подава правилното количество ток в правилната посока, в най-подходящото време през намотките на статора. Това създава въртящо се магнитно поле в статора, което задвижва ротора с постоянните магнити. Позицията на всеки магнит в ротора се определя с помощта на сензорите на Хол. Магнитите се привличат към магнитните полюси в статора, като в същото време останалите намотки на статора се зареждат с обърната полярност. Тези привличащи и отблъскващи сили се комбинират, за да постигнат плавно въртене и да произвеждат оптимален въртящ момент. Тъй като всичко това се извършва от дистанция, е възможно прецизно наблюдение и контрол на двигателя. Следователно EC моторът може да се разглежда като комбинация от двигател и регулатор на скоростта в едно. EC двигателите обикновено могат да се управляват чрез аналогов сигнал (обикновено 0-10 волта) или чрез комуниакция по Modbus.
EC двигателите обикновено са по-скъпи в сравнение с AC двигателите, но имат своите предимства. Основните от тях са: високо съотношение на въртящ момент към тегло поради по-компактната им конструкция и по-ниския разход на енергия в сравнение с AC двигателите. Постоянните магнити и електрониката правят този тип двигатели по-скъпи. Моторът и регулаторът на скоростта на вентилатора са комбинирани в едно. Ако EC моторът може да се управлява директно чрез Modbus комуникация, всички параметри на двигателя като температура в намотките на двигателя, консумация на енергия, скорост на въртене, брояч на часове и т.н. могат да се следят дистанционно. Пускането в експлоатация може да е по-сложно, но веднъж инсталирано, това решение предлага повече възможности, особено що се касае до инсталиране в системи за сградна автоматизация (BMS системи) или интелигентни вентилационни системи.