Tiek kintamosios srovės, tiek EC varikliai yra elektros varikliai. Elektriniai varikliai atlieka esminį vaidmenį kasdieniame gyvenime. Buitiniams tikslams jų galima rasti šaldytuvuose, skalbimo mašinose, oro kondicionieriuose, dulkių siurbliuose ir kt. ŠVOK sistemos remiasi elektros varikliais, kad priverstu cirkuliuoti orą, reguliuotų temperatūrą ir išlaikytų komfortą namuose, biuruose ir kituose pastatuose. Be to, transporte, pramonėje ir gamyboje elektros varikliai atlieka labai svarbų vaidmenį. Čia jums suprantamai paaiškiname skirtumus tarp kintamosios srovės variklių ir EC variklių. Trumpai aptarsime kintamosios srovės variklio valdymo galimybes bei minėtų technologijų privalumus ir trūkumus.
Elektros varikliai veikia remiantis magnetinių laukų ir elektros srovių sąveika
Elektros variklis yra mašina, kuri elektros energiją paverčia mechanine energija. Elektros energiją variklis daugiausia paverčia sukamuoju judesiu. Elektros energija arba galia išreiškiama kW, o sukamasis judesys – aps./min. Taigi elektros galią [kW] variklis paverčia sukamuoju judesiu [rpm].
Tačiau to neužtenka. Be elektros energijos, reikalingas ir magnetinis laukas. Kai kurie varikliai naudoja nuolatinius magnetus, kiti variklių tipai sukuria savo magnetinius laukus naudodami rites ir elektros sroves.
Elektros variklis yra mašina, kuri elektros energiją paverčia mechanine energija. Elektros energiją variklis daugiausia paverčia sukamuoju judesiu. Elektros energija arba galia išreiškiama kW, o sukamasis judesys – aps./min. Taigi elektros galią [kW] variklis paverčia sukamuoju judesiu [rpm].
Tačiau to neužtenka. Be elektros energijos, reikalingas ir magnetinis laukas. Kai kurie varikliai naudoja nuolatinius magnetus, kiti variklių tipai sukuria savo magnetinius laukus naudodami rites ir elektros sroves.
Elektros variklis veikia remdamasis dinamine magnetinių jėgų sąveika. Kai veikia elektros srovė, ji sukuria magnetinį lauką, kuris sąveikauja su magnetais, esančiais ant besisukančio komponento. Ši sąveika sukelia sukamąjį judesį, o tai rodo elektros energijos pavertimą mechaniniu judesiu. Variklis tarnauja kaip sudėtingas mechanizmas, kuriame suderinta elektros ir magnetizmo sinergija palengvina kontroliuojamą ir kryptingą sukimosi judėjimą, kuris yra plačiai pritaikomas visose pramonės šakose, įskaitant ŠVOK pramonę.
Variklis sudarytas iš statoriaus ir rotoriaus. Statorius yra statinė variklio dalis – stacionari dalis, naudojama varikliui pritvirtinti prie ortakio arba įrenginio. Rotorius yra besisukanti dalis, ant kurios sumontuotas variklio velenas. Ventiliatoriuje ventiliatoriaus mentės yra sumontuotos ant šio variklio veleno (ant rotoriaus). Rotorius paprastai yra cilindro formos. Statoriuje dėl elektromagnetizmo sukuriamas magnetinis laukas. Elektros srovė teka per variklio apviją statoriuje ir sukuria magnetinį lauką. Kadangi tai susiję su kintamąja įtampa ir yra naudojamos kelios apvijos, šis magnetinis laukas sukasi aplink rotorių. Rotorius seka šį besisukantį magnetinį lauką.
Elektros energijos pavertimo mechanine energija metu dalis energijos prarandama. Šiuos energijos nuostolius sukelia šilumos generavimas, mechaninė trintis ir kiti variklio elektros nuostoliai. Elektros variklio efektyvumas parodo, kokia dalis sugertos energijos yra variklio velene. Vardinėje plokštelėje efektyvumas paprastai nurodomas simboliu η, išreikštas %. η = 85 % reiškia, kad prarandama 25 % sugertos elektros energijos. Kuo didesnis variklio efektyvumas, tuo mažesni nuostoliai ir tuo daugiau energijos paverčiama sukimo momentu. Jėga, su kuria atliekamas sukimosi judėjimas, vadinama sukimo momentu ir išreiškiama Nm.
Elektros energijos pavertimo mechanine energija metu dalis energijos prarandama. Šiuos energijos nuostolius sukelia šilumos generavimas, mechaninė trintis ir kiti variklio elektros nuostoliai. Elektros variklio efektyvumas parodo, kokia dalis sugertos energijos yra variklio velene. Vardinėje plokštelėje efektyvumas paprastai nurodomas simboliu η, išreikštas %. η = 85 % reiškia, kad prarandama 25 % sugertos elektros energijos. Kuo didesnis variklio efektyvumas, tuo mažesni nuostoliai ir tuo daugiau energijos paverčiama sukimo momentu. Jėga, su kuria atliekamas sukimosi judėjimas, vadinama sukimo momentu ir išreiškiama Nm.
Kintamosios srovės varikliai – asinchroninis ir sinchroninis
Kintamosios srovės varikliai yra pramoninio naudojimo standartas. Šio tipo varikliai taip pat reguliariai naudojami ŠVOK sektoriuje, ypač esant didesniam pajėgumui. Kintamosios srovės varikliai yra labai patikimi, tvirti ir lengvai prižiūrimi.
Asinchroninis variklis
Standartinis asinchroninis variklis yra paprasčiausias ir plačiausiai naudojamas elektros variklis ŠVOK ir pramoninėje automatikoje. Tai patikrinta koncepcija, kuri yra ekonomiška, tvirta ir patikima. Asinchroninius variklius gana lengva prižiūrėti, o daugeliu atvejų jų greitį galima lengvai valdyti. Dėl technologijų pažangos dabar yra daugiau energiją taupančių sprendimų, tačiau jie taip pat turi savo kainą.
Standartinis asinchroninis variklis yra paprasčiausias ir plačiausiai naudojamas elektros variklis ŠVOK ir pramoninėje automatikoje. Tai patikrinta koncepcija, kuri yra ekonomiška, tvirta ir patikima. Asinchroninius variklius gana lengva prižiūrėti, o daugeliu atvejų jų greitį galima lengvai valdyti. Dėl technologijų pažangos dabar yra daugiau energiją taupančių sprendimų, tačiau jie taip pat turi savo kainą.
Asinchroninio variklio veikimo principą yra šiek tiek sunkiau paaiškinti paprastai. Asinchroninis variklis neturi rotoriaus su nuolatiniais magnetais; jo magnetinis laukas sukuriamas indukcija. Kad tai būtų įmanoma, rotorius sudarytas iš elektros laidininkų. Šie laidūs strypai dažniausiai yra pagaminti iš aliuminio arba vario. Jie sumontuoti cilindriniame rotoriuje ir iš abiejų galų sujungti trumpojo jungimo žiedais. Visa forma yra panaši į narvą – iš čia ir kilo voverės narvelio rotoriaus pavadinimas. Dėl indukcijos principo (Faradėjaus dėsnis) šiais laidininkais teka elektros srovė. Dėl šios priežasties asinchroninis variklis dar vadinamas asinchroniniu varikliu. Ši rotoriaus srovė sukuria magnetinį lauką, kuris sąveikauja su statoriaus lauku, todėl variklis sukasi.
Skirtingai nuo sinchroninio variklio, asinchroninis variklis visada sukasi lėčiau nei statoriaus magnetinis laukas. Šis skirtumas vadinamas slydimu. Dėl šio skirtumo asinchroninio variklio rotoriuje indukuojama atvirkštinė srovė. Kuo didesnė apkrova, tuo didesnis skirtumas (slydimas). Rotorius įsibėgėja tol, kol sukeltos rotoriaus srovės ir variklio sukimo momento dydis subalansuoja variklio veleno apkrovą. Kadangi sinchroniniu greičiu nėra indukuotos rotoriaus srovės (nėra sukimo momento), asinchroninis variklis visada dirba lėčiau nei sinchroninis greitis.
Sinchroniniai varikliai
Sinchroniniai kintamosios srovės varikliai yra technologiškai sudėtingesni nei asinchroniniai varikliai. Jie naudoja nuolatinius magnetus, todėl jie brangesni. Didelis privalumas yra mažesnis energijos suvartojimas. Sinchroninį variklį lengviau valdyti nei asinchroninį variklį. Paprastai jiems valdyti reikia tam tikro tipo dažnio reguliatoriaus. Sinchroninių variklių negalima valdyti nei transformatoriaus greičio reguliatoriumi, nei elektroniniu greičio reguliatoriumi.
Sinchroniniai kintamosios srovės varikliai yra technologiškai sudėtingesni nei asinchroniniai varikliai. Jie naudoja nuolatinius magnetus, todėl jie brangesni. Didelis privalumas yra mažesnis energijos suvartojimas. Sinchroninį variklį lengviau valdyti nei asinchroninį variklį. Paprastai jiems valdyti reikia tam tikro tipo dažnio reguliatoriaus. Sinchroninių variklių negalima valdyti nei transformatoriaus greičio reguliatoriumi, nei elektroniniu greičio reguliatoriumi.
Kaip minėta aukščiau, statoriuje sukuriamas besisukantis magnetinis laukas. Sinchroninis variklis turi rotorių, sudarytą iš nuolatinių magnetų. Magnetinės priešingybės traukia viena kitą. Todėl rotoriaus magnetai tiksliai (sinchroniškai) seks besisukantį statoriaus lauką, nepaisant apkrovos.
AC ventiliatoriaus greičio valdymas
Šio tipo ventiliatorių greitis keičiamas keičiant maitinimo įtampą arba maitinimo įtampos dažnį, tam labiausiai tinka transformatoriniai reguliatoriai bei dažnio keitikliai, kaikuriems varikliams maitinimo įtampai valdyti galima naudoti ir elektroninius reguliatorius, bet būtina atsižvelgti į ventiliatoriaus charakteristikas ir turėti omenyje kad ventiliatorius valdomas elektroniniu reguliatoriumi gali skleisti nežymų ūžesį.
Šio tipo ventiliatorių greitis keičiamas keičiant maitinimo įtampą arba maitinimo įtampos dažnį, tam labiausiai tinka transformatoriniai reguliatoriai bei dažnio keitikliai, kaikuriems varikliams maitinimo įtampai valdyti galima naudoti ir elektroninius reguliatorius, bet būtina atsižvelgti į ventiliatoriaus charakteristikas ir turėti omenyje kad ventiliatorius valdomas elektroniniu reguliatoriumi gali skleisti nežymų ūžesį.
EC varikliai
Bešepetėliai nuolatinės srovės elektros varikliai taip pat vadinami elektroniškai komutuojančiais varikliais (EC varikliais). Tai sinchroniniai varikliai, varomi nuolatine srove per įmontuotą (greičio) reguliatorių. Tačiau EC varikliai yra prijungti prie kintamosios srovės (tinklo įtampos). Ši kintamoji srovė viduje paverčiama nuolatine srove, kuria integruotas valdiklis valdo variklį.
EC varikliai paprastai turi rotorių, pagamintą iš nuolatinių magnetų, kurie sukasi aplink statorių. Integruotame reguliatoriuje yra lygintuvas, kuris AC maitinimo įtampą paverčia nuolatine srove (DC). Tada integruotas reguliatorius per statoriaus apvijas siunčia reikiamą srovės kiekį reikiama kryptimi, tinkamu laiku. Taip statoriuje susidaro besisukantis magnetinis laukas, kuris nuolatiniais magnetais varo rotorių. Kiekvieno rotoriaus magneto padėtis nustatoma naudojant Hall jutiklius. Atitinkami magnetai nuosekliai pritraukiami prie statoriaus magnetinių polių. Tuo pačiu metu likusios statoriaus apvijos įkraunamos atvirkštiniu poliškumu. Šios pritraukiančios ir atstumiančios jėgos kartu užtikrina sklandų sukimąsi ir optimalų sukimo momentą. Kadangi visa tai atliekama elektroniniu būdu, galima tiksliai stebėti ir valdyti variklį. Todėl EC variklis gali būti laikomas variklio ir greičio reguliatoriaus deriniu viename korpuse.
EC varikliai paprastai yra brangesni, palyginti su kintamosios srovės varikliais, tačiau jie turi tam tikrų pranašumų. Pagrindiniai iš jų yra šie: didelis sukimo momento ir svorio santykis dėl kompaktiškesnės konstrukcijos ir mažesnių energijos sąnaudų, palyginti su kintamosios srovės varikliais. Dėl nuolatinių magnetų ir integruotos elektronikos šio tipo varikliai brangesni. Variklis ir ventiliatoriaus greičio reguliatorius yra sujungti viename korpuse. Jei EC variklį galima tiesiogiai valdyti per Modbus ryšį, visus variklio parametrus, tokius kaip variklio apvijų temperatūra, energijos suvartojimas, sukimosi greitis, valandų skaitiklis ir kt., galima nuskaityti nuotoliniu būdu. Pradėjimas eksploatuoti gali būti sudėtingesnis, tačiau įdiegus šis sprendimas suteikia daugiau galimybių – ypač integruojant į BMS sistemas ar išmaniąsias vėdinimo sistemas.
EC ventiliatorių sukimosi greičio valdymas
Šie ventiliatoriai jau turi sumontuotus greičio reguliatorius ir kaikurie ventiliatoriai turi dešim voltų išėjimą kurį potenciomotro pagalba galima reguliuoti nuo 0 iki 10 V ir šiuo signalu valdyti ventiliatoriaus sukimosi greitį. Valdymo signalas į EC ventiliatorių galimas tiek iš potenciometrų, tiek iš valdiklių, tiek iš jutiklių.
Šie ventiliatoriai jau turi sumontuotus greičio reguliatorius ir kaikurie ventiliatoriai turi dešim voltų išėjimą kurį potenciomotro pagalba galima reguliuoti nuo 0 iki 10 V ir šiuo signalu valdyti ventiliatoriaus sukimosi greitį. Valdymo signalas į EC ventiliatorių galimas tiek iš potenciometrų, tiek iš valdiklių, tiek iš jutiklių.