L'efficacité énergétique des équipements dépend en grande partie de l'efficacité énergétique des composants qui y sont utilisés et solutions techniques. Les moteurs à vitesse variable sont récemment devenus populaires dans les compresseurs, les pompes et les ventilateurs.

Efficacité accrue en optimisant les composants utilisés

Outre les moteurs à induction à haut rendement, les moteurs à rotors à aimants permanents, qui présentent un rendement élevé, sont désormais largement utilisés. Les moteurs utilisant cette technologie sont communément connus dans l’industrie CVC sous le nom de moteurs à commutation électronique (EC). Généralement, les moteurs EC sont utilisés dans les ventilateurs à rotor externe.

Pour utiliser la technologie EC dans diverses industries, Danfoss a amélioré l'algorithme éprouvé VVC+ et l'a optimisé pour les moteurs synchrones à aimants permanents. Efficacité du moteur de ce genre, souvent abrégés en moteurs à aimant permanent (PM), sont comparables à l'efficacité des moteurs EC. Dans le même temps, la conception des moteurs PM est conforme aux normes CEI, ce qui leur permet de s'intégrer facilement dans des systèmes nouveaux et existants et simplifie considérablement la mise en service des moteurs.

La technologie Danfoss EC+ permet d'utiliser des moteurs PM conformes à la norme CEI avec les convertisseurs de fréquence Danfoss VLT.

Normes d'efficacité énergétique

Améliorer l’efficacité du système est d'une manière simple réduisant sa consommation d’énergie. C'est pour cette raison que l'Union européenne a approuvé normes minimales l'efficacité énergétique pour un certain nombre appareils techniques. Ainsi, une norme minimale d'efficacité énergétique (MEPS) a été introduite pour les moteurs à induction triphasés (voir tableau).

Tableau. Normes MEPS pour les moteurs électriques

Cependant, pour obtenir une efficacité énergétique maximale, vous devez prêter attention aux performances du système dans son ensemble. Par exemple, des cycles de démarrage/arrêt fréquents sur les moteurs de classe IE2 entraînent une augmentation de la consommation d'énergie, ce qui annule les économies réalisées en fonctionnement normal.

Une attention particulière doit également être portée aux ventilateurs et aux pompes. L'utilisation d'un convertisseur de fréquence en conjonction avec des appareils de ce type vous permet d'obtenir une efficacité plus élevée. Ainsi, le facteur déterminant est la performance globale du système, et non la performance de composants individuels. Conformément à la norme VDI DIN 6014, l'efficacité d'un système est définie comme le produit de son efficacité Composants:

Efficacité du système = efficacité du convertisseur × efficacité du moteur × efficacité de la connexion × efficacité du ventilateur.

À titre d'exemple, considérons l'efficacité d'un ventilateur centrifuge avec un rotor externe utilisé conjointement avec un moteur EC. Pour obtenir une taille de système compacte, le moteur est partiellement situé à l’intérieur de la turbine du ventilateur. Cette conception réduit les performances du ventilateur et l’efficacité du système dans son ensemble. Ainsi, un rendement élevé du moteur ne garantit pas un rendement élevé de l'ensemble du système (Fig. 1).

Riz. 1. Efficacité divers systèmesà l'aide d'un ventilateur centrifuge d'un diamètre de 450 mm. L'efficacité des moteurs a été déterminée lors des mesures. L'efficacité des ventilateurs a été obtenue à partir des catalogues des fabricants

Principe de fonctionnement du moteur EC

Dans l'industrie CVC, un moteur EC fait généralement référence à un type spécial de moteur, compact et très efficace. Les moteurs EC fonctionnent sur le principe de la commutation électronique au lieu de la commutation à balais traditionnelle que l'on trouve dans les moteurs. courant continu. Les fabricants de moteurs EC remplacent les enroulements du rotor par des aimants permanents. Les aimants améliorent l'efficacité et la commutation électronique élimine le problème de l'usure mécanique des balais. Étant donné que le principe de fonctionnement d'un moteur EC est similaire à celui d'un moteur à courant continu, ces moteurs sont souvent appelés moteurs à courant continu sans balais (BLDC).

Moteurs de cette classe ont généralement une puissance allant jusqu'à plusieurs centaines de watts. Dans l'industrie CVC, ils sont le plus souvent utilisés sous forme de moteurs rotatifs et sont utilisés sur une large plage de puissance. La puissance de certains appareils peut atteindre 6 kW.

Riz. 2. Différents types de moteurs

Grâce aux aimants permanents intégrés, les moteurs à aimants permanents ne nécessitent pas d'enroulement séparé pour l'excitation. Cependant, pour fonctionner, ils nécessitent un contrôleur électronique qui génère un champ tournant. La connexion directe à la ligne électrique n’est généralement pas possible ou entraîne une efficacité réduite. Pour contrôler le moteur, le contrôleur (convertisseur de fréquence) doit être capable de déterminer à tout moment l'état actuel du rotor. Deux méthodes différentes sont utilisées à cet effet, dont l'une utilise retour du côté du capteur pour déterminer la position actuelle du rotor, tandis que l'autre ne l'utilise pas.

Riz. 3. Comparaison divers types commutation

Particularité d'un moteur excité par des aimants permanents est la nature de la force électromotrice inverse (FEM). En mode générateur, le moteur produit une tension appelée EMF. Pour contrôle optimal moteur, le contrôleur doit assurer une conformité maximale de la forme du signal de tension d'entrée avec la forme du signal EMF arrière. Les fabricants de moteurs à courant continu sans balais utilisent à cette fin la commutation à onde carrée (Fig. 3).

Les moteurs PM comme alternative aux moteurs EC

Chaque type de moteur à aimant permanent présente ses propres avantages et inconvénients. Les moteurs PM à commutation sinusoïdale ont une structure plus simple, mais ils nécessitent un circuit de commande plus complexe. Dans le cas des moteurs EC, la situation est diamétralement opposée : créer une onde carrée de force contre-électromotrice est une tâche plus complexe, mais la structure du circuit de commande est considérablement simplifiée. Cependant, la technologie de commutation électronique se caractérise par une variation de couple plus élevée en raison de l'utilisation d'une commutation à onde carrée. Les moteurs de ce type consomment également 1,22 fois plus haute tension par rapport aux moteurs PM en raison de l'utilisation de deux phases au lieu de trois.

Riz. 4. Circuits moteur équivalents

L'utilisation d'aimants permanents dans le moteur (Fig. 4) élimine presque complètement les pertes sur le rotor, ce qui entraîne une efficacité accrue.

Les avantages en termes d'efficacité des moteurs EC par rapport aux moteurs à induction monophasés traditionnels à pôles ombragés sont plus importants dans la plage de puissance de plusieurs centaines de watts. Les moteurs à induction triphasés ont généralement des puissances nominales supérieures à 750 W. L'avantage en termes d'efficacité des moteurs EC diminue à mesure que la puissance nominale de l'équipement augmente. Les systèmes basés sur des moteurs EC et des moteurs PM (électronique plus moteur) avec des configurations similaires (alimentation, filtre électromagnétique, etc.) ont des rendements comparables.

Les moteurs à induction triphasés sont désormais largement utilisés, avec des dimensions de montage et de châssis standard définies dans la norme CEI EN 50487 ou CEI 72. Cependant, de nombreux moteurs PM utilisent d'autres normes. Un exemple typique est celui des servos. Avec leur taille compacte et leur rotor long, les servomoteurs sont optimisés pour les applications hautement dynamiques.

Les moteurs PM sont désormais disponibles dans des tailles de châssis conformes aux normes CEI, permettant une utilisation dans systèmes existants Moteurs à haut rendement avec excitation par aimant permanent. Cela permet de remplacer les anciens moteurs à induction triphasés (TPIM) par des moteurs PM plus efficaces.

Il existe deux types de moteurs PM conformes aux normes CEI :

Option 1 : les moteurs PM/EC et TPIM ont la même taille de châssis.

Exemple. Le moteur TPIM de 3 kW peut être remplacé par un moteur EC/PM de même taille.

Option 2 : Le moteur PM/EC avec une taille d'axe optimisée et le moteur TPIM ont la même puissance. Étant donné que les moteurs PM ont généralement une taille plus compacte avec des niveaux de puissance comparables, la taille du châssis est plus petite que celle d'un moteur TPIM.

Exemple. Le moteur TPIM de 3 kW peut être remplacé par un moteur EC/PM dont la taille correspond au moteur TPIM de 1,5 kW.

Technologie EC+

La technologie Danfoss EC+ a été développée en réponse aux demandes des clients. Il permet l'utilisation de moteurs PM conjointement avec des convertisseurs de fréquence Danfoss. Les clients ont la possibilité de choisir un moteur de n'importe quel fabricant. De cette façon, ils bénéficient de tous les avantages de la technologie EC à un coût relativement faible, sans perdre la capacité d'optimiser l'ensemble du système selon les besoins.

La combinaison des composants individuels les plus efficaces au sein d’un même système offre également de nombreux avantages. En utilisant des composants standards, les clients sont indépendants des fournisseurs et ont un accès facile aux pièces de rechange. Il n'est pas nécessaire d'ajuster les connexions d'installation lors du remplacement du moteur. La mise en service du moteur est similaire à la mise en service d'un moteur à induction triphasé standard.

Avantages de la technologie EC+

Riz. 5. Comparaison des tailles
triphasé standard
moteur à induction
(en bas) et optimisé
Moteur PM (en haut)

Les avantages de la technologie EC+ incluent les facteurs suivants :

• Possibilité de sélectionner le type de moteur utilisé (moteur à aimant permanent ou moteur asynchrone).
• Le circuit de commande du moteur reste inchangé.
• Indépendance du constructeur dans le choix des composants du moteur.
• Une efficacité élevée du système est obtenue grâce à l’utilisation de composants hautes performances.
• Possibilité de mettre à niveau les systèmes existants.
• Large gamme de valeurs de puissance nominale du moteur.
• Poids et dimensions de l'équipement sensiblement réduits (Fig. 5).

Outre les avantages énumérés ci-dessus, il convient également de noter une autre caractéristique de la technologie EC+. Le fait est que les ventilateurs conventionnels à commutation électronique ne peuvent pas fournir des performances supérieures à celles nominales, car ils ont une limite de vitesse. Dans le même temps, les ventilateurs construits selon l'architecture EC+ peuvent être accélérés jusqu'à des vitesses de rotation de roue supérieures aux vitesses nominales. En pratique, cela signifie la possibilité d'augmenter le débit d'air au-dessus du débit nominal.

De plus, le fonctionnement des moteurs EC+ peut être contrôlé via les protocoles réseau BACnet, ModBus et autres.

La technologie EC+ du point de vue de l'utilisateur final

Séparément, il convient de mentionner le point de vue de la technologie EC+ du point de vue des utilisateurs finaux (en règle générale, il s'agit de spécialistes dans la conception, l'installation et l'exploitation de systèmes de ventilation) :

Une technologie familière. De nombreux professionnels utilisent depuis longtemps les moteurs standard de la série Danfoss VLT HVAC Drive. La configuration des moteurs PM est presque identique. L'utilisateur n'a qu'à saisir de nouveaux paramètres du moteur dans le système de gestion du bâtiment. Le principe de surveillance du fonctionnement du moteur reste inchangé. Ainsi, le contrôle moteur divers types au sein d’un même système n’est pas difficile. Il est également possible de remplacer le moteur à induction standard par un moteur PM.

Indépendance du fabricant. Les utilisateurs ont la possibilité de personnaliser les systèmes en sélectionnant des composants standard de différents fabricants. Performances optimales du système. La seule façon d’obtenir des performances optimales est d’utiliser les composants les plus efficaces. Les utilisateurs qui souhaitent réaliser des économies d'énergie maximales doivent non seulement utiliser des composants efficaces, mais également disposer de système efficace, construit sur la base de ces composants.

Faible coût Entretien. Un inconvénient des systèmes intégrés est souvent l'incapacité de remplacer des composants individuels. Les pièces usées (par exemple les roulements) ne peuvent pas toujours être remplacées sans changer le moteur lui-même, ce qui peut entraîner des coûts importants. Le principe de fonctionnement de la technologie EC+ implique l'utilisation de composants standards modifiables indépendamment par l'utilisateur. Cela vous permet de minimiser les coûts de maintenance du système.

Ainsi, la technologie EC+ semble très prometteuse à la lumière des tendances modernes en matière d’économie d’énergie et d’augmentation du degré de contrôlabilité et de gestion des divers éléments des sous-systèmes techniques du bâtiment. La polyvalence de la technologie devrait également jouer un rôle - la possibilité de son application sur des équipements précédemment installés.

Yuri Khomutsky, rédacteur technique du magazine « CLIMATE WORLD »

L'article utilise des éléments de la documentation technique Danfoss.

DANS monde moderne Le problème des économies d'énergie est devenu aigu. Par conséquent, les questions de réduction de la consommation d'énergie deviennent pertinentes pour les systèmes de climatisation et de ventilation, et cette question reçoit de plus en plus d'attention chaque année. De plus en plus dans spécifications techniques Des conditions strictes en matière de consommation d'énergie sont imposées lors de la conception des systèmes de ventilation ; en conséquence, les spécialistes conçoivent les équipements les plus économiques. Les moteurs EC, auxquels est consacré cet article, sont précisément les équipements qui permettent d'économiser de l'électricité, tout en augmentant la productivité de l'équipement et sa durée de vie.

Ce n'est un secret pour personne que les systèmes CVC représentent environ 70 % des ressources énergétiques des bâtiments industriels et des grands bâtiments commerciaux. Une nouvelle direction en matière d'économie d'énergie est l'utilisation de ce qu'on appelle C.E.-moteurs. L'utilisation de ces moteurs n'est pas encore aussi répandue, mais depuis peu, des fournisseurs étrangers et nationaux proposent des équipements équipés de moteurs EC.

Qu'est-ce que c'estC.E.-moteur?C.E.-moteur - est un moteur synchrone sans balais avec contrôlé électroniquement, sinon on peut l'appeler à commutation électronique, d'où l'abréviation latine C.E.- Commuté électroniquement. Les ventilateurs fabriqués sur la base de ce moteur sont appelés ventilateurs EC.

Le moteur EC est construit sur la base d'un rotor externe sur lequel se trouvent des aimants permanents. Le rotor est contrôlé par une alimentation électrique contrôlée de l'enroulement du stator et dépend de la position actuelle du rotor. Le rotor est surveillé à l'aide de capteurs Hall, ainsi que de paramètres de contrôle définis à partir de capteurs externes sous forme de signaux de courant ou de potentiel. Le moteur dispose d'un contrôleur PID (différentiel proportionnel-intégral) intégré, il vous permet de régler la vitesse de réponse du moteur aux changements du signal de commande.

Principe de fonctionnement du moteur EC peut être décrit de cette manière, le contrôle du vecteur champ magnétique créé par les aimants intégrés est effectué en changeant la direction du courant dans l'enroulement du stator. Le contrôleur calcule quelle polarité est nécessaire pour une rotation continue du rotor à une vitesse donnée.

Un autre avantage d'utiliserC.E.-les moteurs peuvent être considérés comme ayant une génération de chaleur minimale, tandis que les moteurs à courant alternatif ont une température de fonctionnement allant jusqu'à 75 degrés. Les températures de fonctionnement admissibles du moteur sont de +75 et 20 °C.

Alors pourquoi utiliserC.E.- les moteurs sont-ils justifiés ? Voici les principaux avantages : taille compacte, taux d'économie d'énergie élevés, contrôle fluide et précis, niveau faible bruit, génération de chaleur réduite, absence presque totale de vibrations, aérodynamisme élevé et puissance adaptée à la roue, durée de vie du moteur plus longue. Les moteurs EC n'ont pratiquement aucune charge de démarrage maximale, grâce au régulateur intégré, qui assure une augmentation douce de l'amplitude. Le courant de démarrage dépasse généralement le courant nominal de 5 à 7 fois dans les ventilateurs AC, ce qui nécessite d'augmenter la section de câblage et les paramètres du démarreur.

Les moteurs EC ont un rendement plus élevé, atteignant 80-90 %, puisque le rotor est externe avec des aimants permanents, ce qui n'entraîne aucune perte de chaleur, par rapport au rotor à cage d'écureuil d'un moteur asynchrone.

Un degré élevé d'économie d'énergie est obtenu, entre autres, en régulant la vitesse. Les économies d'énergie atteignent 30 % par rapport aux moteurs triphasés. De plus, les moteurs EC, grâce à la régulation électronique, sont moins sensibles aux surtensions dans le réseau.

D'un point de vue opérationnel, les avantages des moteurs EC proviennent du fait que les pièces rotatives sont conçues comme un seul composant équilibré dynamiquement et statiquement, dont le poids total est uniformément réparti entre les deux. roulements de support, ce qui affecte considérablement la durée de vie du produit. Une circonstance qui l'accompagne est également un minimum de vibrations et de bruit pendant le fonctionnement du moteur EC.

Quels autres arguments sont nécessaires pour utiliser des équipements équipés de moteurs EC ?

Le moteur est un moteur à courant continu avec électronique de commutation intégrée et aimants permanents dans le rotor extérieur. Un tel moteur est appelé moteur à commutation électronique, ou simplement moteur EC.

Comment fonctionne le moteur EC ?

Sur la photo, nous voyons une coupe transversale du moteur. Aimants permanents dans les enroulements extérieurs du rotor et du stator. Les aimants permanents créent un champ magnétique. Grâce à l'électronique intégrée, la direction du flux dans l'enroulement du stator change. Ainsi, ebmpapst s'est débarrassé des brosses qui, comme on le sait, ne sont pas durables et nécessitent un remplacement régulier.

Coupe transversale du moteur EC

Comment fonctionne l'électronique ?

Le rôle de collecteur dans le moteur ebmpapst EC est joué par un transistor.

Le principe de fonctionnement est simple - signal de commande batterie faible sur le transistor favorise le passage d'un courant important à travers l'enroulement du stator. Cela entraîne le rotor du moteur.

S'il n'y a pas de signal de commande basé sur le transistor, alors il n'y a pas de courant dans l'enroulement et il n'y a pas d'accélération du rotor à un instant donné.

Avantages du moteur EC

• La tension peut varier dans une large plage. Pour monophasé 200-277 V AC, pour triphasé 380-480 V AC. Fréquence 50 Hz ou 60 Hz.
• Le moteur dispose d'un filtre CEM intégré, d'une protection basse tension et d'une protection contre la perte de phase.
• Protection intégrée contre la surchauffe du moteur et de l'électronique ; le moteur s'éteint simplement.
• Protection intégrée contre le blocage du rotor.
• Faible niveau sonore, surtout à basse vitesse.
• Conception compacte grâce au rotor externe.
• Ne nécessite aucun entretien pendant toute sa durée de vie.
• Longue durée de vie, car il n'y a pas de pièces à usure rapide (brosses).
• Rendement élevé, jusqu'à 92 %, pertes d'énergie minimales et auto-échauffement minimal.
• Tout est là pour le contrôle, aucun convertisseur de fréquence n'est nécessaire, aucun filtre sinus n'est nécessaire.

Efficacité du moteur EC

Connecter plusieurs fans dans un groupe

Il est possible de regrouper plusieurs ventilateurs EC en groupes. Un fan est le principal (maître), les autres sont des subordonnés (esclave). Ainsi, en contrôlant le ventilateur principal, nous contrôlons l’ensemble du groupe. Ceci est nécessaire lors d’une installation sur un condenseur ou dans des « salles blanches ». Le signal de commande 0-10 V ou 4-20 mA doit être fourni uniquement au ventilateur maître.

Instructions pour travailler avec EC-control.

Le programme EC-control est conçu pour configurer des ventilateurs à commutation électronique. Le programme est gratuit.

Pour le recevoir, faites-nous une demande et nous vous le fournirons.

(instructions pour travailler avec ec-control en russe, 2014)

Clip vidéo Technologie EC :

Moteurs EC : quoi, où, pourquoi et à quoi sert

E. P. Vishnevskiy, candidat en sciences techniques, directeur technique, United Elements Group
G. V. Malkov, chef de produit

Aujourd'hui, les spécialistes s'orientent de plus en plus vers l'achat d'équipements économes en énergie. Il est plus cher que le traditionnel, mais s'amortit pleinement dans le processus de fonctionnement. Les moteurs EC décrits dans l'article permettent de réduire la consommation d'énergie tout en augmentant les performances de l'équipement et le temps de panne.

Mots clés: Moteur EC, ventilateur EC, équipement d'économie d'énergie

Description:

Actuellement, les spécialistes se concentrent de plus en plus sur l'achat d'équipements économes en énergie. Comparé au traditionnel, il est plus cher, mais il s'amortit entièrement pendant le fonctionnement. Les moteurs EC, auxquels est consacré cet article, permettent de réduire la consommation d'énergie, tout en augmentant les performances des équipements et leur durée de vie ininterrompue.

Moteurs EC : quoi, où, pourquoi et pourquoi

Économies d'énergie lors de l'utilisation de systèmes EC dans divers domaines

conclusions

En résumant tous les avantages des systèmes acquis grâce à la technologie EC, l'essentiel peut être souligné : les ventilateurs EC à commande électronique réagissent en douceur aux changements des besoins de puissance de sortie, fonctionnent dans un mode de charge partielle particulièrement économique et sont insensibles aux fluctuations de tension. Les ventilateurs EC offrent jusqu'à 30 % de réduction de la consommation d'énergie électrique par rapport aux ventilateurs AC triphasés classiques.

Littérature

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