zakaz@turkov.ru +7 (499) 399 3903
пн-вс
09:00-19:00
Позвонить
Заказать звонок

ЕС- и АС-моторы: в чём отличие?

В середине XIX в. человечеству было мало 8 метров для передачи информации через телеграф, а сегодня мы жалуемся, если телефонная сеть не работает в метро на глубине 73 метров под землёй. Потребительские запросы растут вместе с развитием технологий. Тенденция к усложнению потребительских запросов наблюдается и в сфере применения электромоторов. В статье мы расскажем, почему специалисты всё чаще обращаются к электронно-коммутируемым двигателям (ЕС), нежели чем к асинхронным (АС).  

Как устроен электродвигатель?

  Ротор и статор электродвигателя
  Ротор и статор электродвигателя

Все электродвигатели, вне зависимости от технологии, выполняют одну и ту же функцию: преобразование электрической энергии в механическую, но выполняют они её по-разному. Двигатели классифицируются как AC и EC в зависимости от способа создания и управления магнитными полями.

Конструкция двигателя состоит из двух основных частей: неподвижного статора и вращающегося ротора. Ротор расположен внутри статора и передает крутящий момент через выходной вал. Конструкция вентиляторов включает в себя электродвигатель: крыльчатка вентилятора обычно крепится к вращающемуся валу.

  Двигатель с внутренним (слева) и внешним (справа) ротором.
  Двигатель с внутренним (слева) и внешним (справа) ротором.

Двигатели с внешним ротором, по сути, имеют противоположное расположение: ротор вращается снаружи статора. Это устраняет необходимость в выходном вале и значительно уменьшает габаритные размеры вентилятора. Крыльчатку вентилятора можно установить непосредственно на внешний ротор.

Асинхронный двигатель

Но почему вращается ротор в асинхронном двигателе? Его конструкция – это цилиндр, в который впаяны высокопроводящие алюминиевые стержни, замкнутые между собой с двух сторон, из-за чего такой ротор ещё именуется короткозамкнутым. Своим видом он напоминает клетку, поэтому его иногда называют «беличьим колесом».

Ротор, помещённый внутрь статора. Светло-зелёным выделены алюминиевые стержни «беличьего колеса».
Ротор, помещённый внутрь статора. Светло-зелёным выделены алюминиевые стержни «беличьего колеса».

Статор состоит из обмоток, выполненных из медной проволоки. В асинхронном двигателе при включении обмотки статора в сеть образуется вращающаяся магнитное поле. Благодаря тому, что ротор короткозамкнутый, в нём индуцируется ток, который, взаимодействуя с полем статора, создаёт электромагнитные силы, приводящее во вращение ротор двигателя.

Магнитное поле статора (светло-голубой цвет на схеме) воздействует на алюминиевые стержни, индуцируя ток в роторе.
Магнитное поле статора (светло-голубой цвет на схеме) воздействует на алюминиевые стержни, индуцируя ток в роторе.

Во время работы асинхронного двигателя значительная часть электрической энергии переходит в тепловую. В некоторых случаях на вал асинхронного двигателя устанавливают крыльчатку для его обдува и охлаждения. Следовательно, при снижении оборотов двигателя будет снижаться и скорость вращения крыльчатки, находящейся на валу, вследствие чего не будет обеспечено необходимое охлаждение.

Так, при управлении скоростью вращения и снижении её ниже 40%, часто АС-моторы перегреваются и срабатывает термозащита, а двигатели отключаются. Они включаются снова после остывания. Такая нестабильная работа вентиляторов с АС-двигателями приводит к некорректной работе всей системы.

Результат перегрева статорного пакета, как итог – преждевременный выход из строя.
Результат перегрева статорного пакета, как итог – преждевременный выход из строя.

Электронно-коммутируемый двигатель

Конструкцию электронно-коммутируемого двигателя отличают 2 основных детали:

Электроника управления включает выпрямитель, который преобразует переменный ток в постоянный. Затем встроенный контроллер направляет нужное количество тока с необходимой полярностью в нужное время на каждую из обмоток. При этом в статоре образуется вращающееся магнитное поле, которое взаимодействует с постоянными магнитами в роторе.

Зачем управлять оборотами вентилятора?

Для пользователя управление оборотами означает изменение производительности вентиляторов в вентиляционной установке. Так мы решаем, с какой скоростью и, соответственно, в каком объёме будет подаваться воздух в помещение.

Например, к вам пришли гости, и в доме стало душно. Пользователь может увеличить производительность вентиляторов в вентиляционной установке. Так мы увеличиваем кратность воздухообмена в помещении, приводя уровень CO2 в норму.

Другая ситуация, когда может понадобиться управление скоростью вентилятора – это повышение эффективности охладителя: к примеру, охладителя CoolBox. Мы писали об этом подробно в статье. Пользователь может настроить производительность по собственному ощущению комфорта через пульт управления, мобильное приложение или через систему «Умный дом».

Управление производительностью вентиляторов через мобильное приложение TURKOV
Управление производительностью вентиляторов через мобильное приложение TURKOV
Управление производительностью вентиляторов через пульт
Управление производительностью вентиляторов через пульт
Управление производительностью вентиляторов через «Умный дом»
Управление производительностью вентиляторов через «Умный дом»

Управление оборотами в АС-двигателях.

Когда мы говорим об AC-двигателях в вентиляционных установках, важно понимать, как можно управлять оборотами. Есть 3 распространённых способа: с помощью трансформатора / автотрансформатора, симистора-«фазорезки» и частотного преобразователя. Разберём, как работает каждый из этих способов.

Что можно сделать с помощью управляющего устройства?

1 вариант: трансформатор / автотрансформатор – устройство, которое понижает напряжение. Однако особенность в том, что повышать напряжение трансформатор в электродвигателе не может, а следовательно, не может и повышать частоту вращения: только снижать.

✅ выходное напряжение получается в форме чистой синусоиды, что безопасно для электродвигателя

❌ при снижении производительности ниже 40% двигатель может перегреваться

2 вариант: Симисторный регулятор. С помощью него мы сможем «выгрызать куски синусоиды», как показано на рисунке. Как и способ выше, позволяет только снижать частоту вращения электродвигателя.

Пример работы симисторного регулятора напряжения. На графике видны «пустые» участки, во время которых напряжение сети не задействуется.
Пример работы симисторного регулятора напряжения. На графике видны «пустые» участки, во время которых напряжение сети не задействуется.

✅ низкая цена

❌ используется только с однофазными двигателями небольших мощностей

❌ работа характеризуется шумностью, наличием рывков и треска

❌ при снижении производительности ниже 40% двигатель может перегреваться

❌ потеря крутящего момента на валу

3 вариант: частотный преобразователь – обеспечивает стабильный запуск и дальнейшую работу электрического двигателя. Преобразователь позволяет изменять частоту сети питания, и как следствие – частоту вращения эл. двигателя. Регулировать частоту можно также и по направлению вверх, правда, на частотах в строго ограниченном диапазоне.

✅ возможность как снижения, так и увеличения частоты вращения вентилятора

❌ высокая цена

❌ при снижении производительности ниже 40% двигатель может перегреваться

Общей для всех этих способов будет необходимость дополнительного места для управляющего устройства.

Управление оборотами в ЕС-двигателях.

Управление оборотами в ЕС-двигателях осуществляется за счёт встроенной электроники и позволяет безопасно изменять производительность в диапазоне от 10 до 100%.

Алгоритм работы ЕС-двигателя:

Так как контроль выполняется электроникой, возможны точный мониторинг и управление двигателем.

КПД электронно-коммутируемого двигателя часто превышает 90%, что позволяет ЕС-вентиляторам потреблять на 70% меньше энергии по сравнению с вентиляторами на базе асинхронного двигателя.

При снижении частоты вращения электронно-коммутируемого двигателя, экономия энергии продолжает расти. На графике отображены показатели эффективности асинхронного двигателя мощностью 750 Вт и эквивалентного электронно-коммутируемого двигателя.

Эффективность ЕС-мотора в сравнении с АС-мотором
Эффективность ЕС-мотора в сравнении с АС-мотором

Высокая эффективность характеризуется отсутствием потерь энергии в виде тепла и магнитного шума. Такой шум проявляется во время работы на низких оборотах у асинхронного двигателя. Он хорошо распространяется по воздуховодам и его сложно устранить.

Поскольку ЕС-двигатели выделяют меньше тепла, обмотки статора и подшипники подвергаются меньшим нагрузкам, что продлевает срок службы двигателя.

Высокая эффективность также обеспечивает ряд преимуществ, описанных на схеме ниже.

Отечественное производство ЕС-моторов

До 2022 г. рынок ЕС-вентиляторов монопольно занимала продукция немецких производителей. Геополитическая ситуация в мире вынудила их покинуть российский рынок.

С 2023 г. TURKOV запустил собственное производство полного цикла центробежных вентиляторов на базе электронно-коммутируемых двигателей. В данный момент линейка представлена центробежными вентиляторами в стальном корпусе с вперёд загнутыми лопатками 3 типоразмеров: 130, 180 и 230 мм.

В устройстве ЕС-вентилятора инженеру играет на руку всё: от конструктива до возможностей регулировки. Можно ожидать, что в будущем на рынке вентиляционного оборудования ЕС-технология полностью вытеснит асинхронные двигатели. Такое предположение подтверждается и тенденциями на рынке вентиляции.