Kodėl nuolatinės srovės ašinio ventiliatoriaus gamintojai optimizuoja variklio konstrukciją energijos naudojimo efektyvumui didinti

Kodėl nuolatinės srovės ašinio ventiliatoriaus gamintojai optimizuoja variklio konstrukciją energijos naudojimo efektyvumui didinti

Jei pastaruoju metu vertinote pramoninėms aušinimo sistemoms pirkimo variantus, pastebėjote, kad nuolatinės srovės ašinių ventiliatorių gamintojai dabar daug labiau dėmesio skiria variklių konstrukcijai nei prieš penkerius metus. Šis poslinkis nėra atsitiktinis. Jis kyla dėl reguliavimo spaudimo, kylančių energijos kainų ir tikrosios techninės pažangos bešepetinio variklio architektūroje – o supratimas, kodėl taip vyksta, padeda pirkėjams priimti informuotus pirkimo sprendimus.

Remontuojant pramoninių šilumos valdymo sistemų, dažniausiai susiduriu su klaidinga nuomone, kad variklio naudingumo koeficientas yra pastovus techninės dokumentacijos skaičius. Techninėje dokumentacijoje nurodomas maksimalus naudingumo koeficientas nominaliuoju sukimosi dažniu, tačiau realiose sąlygose ventiliatoriai daugumą darbo valandų veikia 30–70 % nominaliojo sukimosi dažnio režimu. Būtent šiomis dalinės apkrovos sąlygomis variklio konstrukcijos pasirinkimas turi didžiausią matomą poveikį – ir būtent čia optimalaus bei neoptimalaus variklio naudingumo skirtumas tampa finansiškai labiausiai reikšmingas.

Našumo skirtumas tradicinėse variklių konstrukcijose

Įprasti kintamosios srovės indukcijos varikliai, naudojami ankstesnių ašinių ventiliatorių kartų, paprastai pasiekia 60–80 % elektrinės į mechaninę energiją verčiamosios naudingumo ribą. Likusi įvesties galia prarandama daugiausia kaip šiluma dėl rotoriaus varžos (I²R nuostolių) ir magnetinio šerdies nuostolių statoriaus laminacijose. Ventiliatoriui, veikiančiam nepertraukiamai pramonės aplinkoje, šis naudingumo skirtumas tiesiogiai verčiamas energijos sąnaudomis, kurios kaupiasi per metus trunkančios eksploatacijos laikotarpiu.

Nuolatinės srovės ašiniai ventiliatoriai gamintojai anksčiai suprato, kad kelias į didesnį energijos naudingumą eina per patį variklio architektūrą. Bešepetinio nuolatinės srovės (BLDC) ir elektroniniu būdu komutuojamų (EC) variklių konstrukcijos pašalina pagrindines indukcijos variklių neefektyvumus pakeisdamos vario apvijomis suvyniotą indukcijos rotorių pastoviosios magnetinės rotoriaus surinkimo vienetu. Tai visiškai pašalina rotoriaus vario nuostolius – vieną iš pagrindinių neefektyvumo šaltinių įprastose variklių konstrukcijose.

Pagrindiniai šiuolaikinių nuolatinės srovės ašinių ventiliatorių gamyboje taikomi variklio konstrukcijos optimizavimo sprendimai

Kai kurie nuolatinės srovės ašiniai ventiliatoriai gamintojai, kalbėdami apie variklio konstrukcijos optimizavimą energijos naudingumui, dažniausiai turi omenyje tam tikrų tarpusavyje susijusių projektavimo sprendimų rinkinį, kuris bendrai nulemia tai, kokia dalis elektros įėjimo energijos pasiekia oro srautą kaip naudingas darbas:

• Nuolatinio magnetinio rotoriaus konstrukcija: Pakeisdami indukcinį rotorius aukštos energijos nuolatiniais magnetais (dažniausiai neodimio–geležies–borono lydiniais), gamintojai pašalina rotorius sužadinimo nuostolius, kurie sudaro reikšmingą indukcinio variklio energijos švaistymo dalį. Nuolatinio magnetinio variklių konstrukcijos pasiekia viršūninius naudingumus virš 90 % – kai kurios EC išorinio rotoriaus ašinių ventiliatorių konfigūracijos pranešama pasiekiant net virš 92 % nominaliomis eksploatavimo sąlygomis.
• EC ir BLDC komutacinė architektūra: Elektroniniu būdu komutuojami varikliai sinchronizuoja statoriaus jungimo seką su rotoriaus padėtimi naudodami Hallo efekto jutiklius arba bejutiklinę atgalinės elektrovaros detekciją. Tai leidžia varikliui išlaikyti aukštą naudingumo koeficientą daug platesniame sūkių diapazone nei slydimo priklausomi indukcijos varikliai, kas ypač naudinga automatinio greičio valdymo energijos taupančiose ašinėse ištraukiamosios ventiliatoriaus programose, kur ventiliatorius keičia savo sukimosi dažnį reaguodamas į temperatūros signalus.
• Statoriaus apvijos optimizavimas: Pažangios apvijos konfigūracijos sumažina varinės praradimus statoriaus apvijoje optimizuodamos vijų skaičių, laidininko skerspjūvio plotą ir griovelių užpildymo koeficientą. Ekologinėms bešepetinėms mažos galios energijos taupančios ašinės siurblio konstrukcijoms statoriaus optimizavimas tiesiogiai sumažina aktyviuosius šilumos nuostolius, ypač dalinės apkrovos sąlygomis.
• IE variklių naudingumo klasės suderinimas: Daugelis nuolatinės srovės ašinių ventiliatorių gamintojų kuria savo variklių projektus taip, kad jie atitiktų arba viršytų IE3 (aukštos energinės naudingumo klasės) ir IE4 aukštos energinės naudingumo ašinių ventiliatorių standartus. IE4 superaukštos energinės naudingumo klasė reikalauja beveik visiško rotoriaus vario nuostolių pašalinimo – šis reikalavimas praktiškai priverčia naudoti pastoviosios magnetinės arba sinchroninės pasipriešinimo variklių konstrukcijas vietoj tradicinių indukcinių variklių.

Reguliavimo ir rinkos jėgos, skatinančios investicijas į variklių konstrukcijas

Nuolatinės srovės ašinio ventiliatoriaus gamintojų variklių konstrukcijos optimizavimas nėra tik konkuruojančių įmonių skirtumo kūrimas. Vis dažniau tai yra reglamentuojama. Europos Sąjungos ekodizaino reglamentas nustato minimalius energijos naudojimo efektyvumo reikalavimus ventiliatoriams, tiekiamiems į Europos rinką, o šie reikalavimai laikui bėgant vis labiau griežtėja. Pirktuvai, kurie renka ventiliatorius europiniams projektams, dabar privalo patvirtinti, kad pasirinkti ventiliatorių gaminiai atitinka taikomus ErP efektyvumo lygius – šis reikalavimas tiesiogiai pagreitino perėjimą prie BLDC ir EC variklių architektūrų eksportu orientuotų gamintojų tarpe.

Rinko duomenys patvirtina tą pačią vaizdą. Viso pasaulio EC ašinės ventiliatorių segmentas kasmet auga vidutiniškai apie 6,3 %, o rinkos vertė siekia maždaug 2,5 mlrd. JAV dolerių ir numatoma, kad iki 2034 m. ji artės prie 4,1 mlrd. JAV dolerių. Šis nuolatinis augimas atspindi tikrąją pramonės pirkėjų paklausą, keičiančių senėjančias kintamosios srovės ventiliatorių sistemas, taip pat įrangos gamintojų (OEM), kurie naujuose projektuose nurodo energiją taupančius komponentus, poreikį. Nuolatinės srovės ašiniai ventiliatoriai gamintojai, kurie investuoja į variklių konstrukcijos optimizavimą, užima palankią poziciją šiame besiplečiančiame segmente.

Kodėl dalinės apkrovos našumas keičia naudingumo skaičiavimą

Aš neitų taip toli, kad sakyčiau, jog nominalaus greičio naudingumo rodikliai yra beprasmiški – jie nėra beprasmiški – tačiau daugumoje pramoninių taikymų veiklos sąnaudų iš tikrųjų nulemia dalinės apkrovos naudingumo charakteristika. EC ir BLDC variklių konstrukcijos savo naudingumo pranašumą išlaiko aiškiausiai 40–80 % nominalaus greičio intervale, kuriame kintamojo greičio aušinimo taikymai iš tikrųjų veikia didžiąją laiko dalį.

Kai pirmą kartą susidūriau su kainų skirtumu tarp įprastų nuolatinės srovės ašinių ventiliatorių ir EC variklių variantų, papildoma kaina atrodė labai didelė. Tik atlikus energijos taupymo skaičiavimą per tris–penkerius metus tapo aišku viso gyvavimo ciklo kaštų pranašumas. Pramonės duomenys iš panašių pramoninių taikymų rodo, kad keičiant įprastus indukcinius ar šepetinius variklius į EC išorinio rotoriaus ašinių ventiliatorių konstrukcijas energijos suvartojimas gali sumažėti 30–50 %, o BLDC konfigūracijos oro apdorojimo vienetuose gali sumažinti energijos suvartojimą net iki 40 %. Pramoninėmis elektros energijos kainomis tokio lygio taupymas paprastai padengia papildomą kainą per du–tris eksploatacijos metus.

Ką tai reiškia renkantis DC ašinius ventiliatorius iš gamintojų

Prekės įmonėms ir pirkimų pirkėjams, vertinantiesiems nuolatinės srovės ašinių ventiliatorių gamintojus, variklių konstrukcijos optimizavimo tendencija turi praktinės reikšmės tiekėjų atrankai. Gamintojas, kuris investavo į EC arba BLDC variklių architektūrą savo ašinių ventiliatorių gamybos linijoje, paprastai geriau paruoštas padėti pirkėjams, kuriems tenka laikytis energijos naudingumo naudojimo reikalavimų, ypač Europos rinkoje.

Vertindami nuolatinės srovės ašinių ventiliatorių gamintojus pagal energijos naudingumo kriterijus, rekomenduojama prašyti efektyvumo kreivių visame sukimosi dažnio diapazone – ne tik maksimalaus efektyvumo esant nominalioms sąlygoms. Gamintojas, kuris gali pateikti dalinio apkrovos efektyvumo duomenis esant 50 % ir 70 % nominalaus sukimosi dažnio, demonstruoja tikrąją skaidrumą dėl realaus naudojimo naudingumo. Šie duomenys tiesiogiai taikomi energijos taupymo skaičiavimams automatinio greičio valdymo energijos naudingumo ašinių ištraukiamųjų ventiliatorių konfigūracijose.

Lebisen Fan, įsikūrusi Guangdong provincijoje, išplėtė savo produktų asortimentą, įtraukdama EC ašinius ventiliatorius ir BLDC variklių variantus, kad tiksliai atitiktų šiuos rinkos reikalavimus. EC ir BLDC technologijų investicijos padėjo įmonei aptarnauti prekybos įmonių pirkėjus, kurių Europoje ir Šiaurės Amerikoje esantys galutiniai vartotojai reikalauja ventiliatorių produktų, atitinkančių dabartines ir besivystančias energinio naudingumo normas – be poreikio pirkėjams kreiptis į atskirus variklių ir ventiliatorių komponentų tiekėjus.

Išvada

DC ašinių ventiliatorių gamintojai optimizuoja variklių konstrukciją energiniam naudingumui skatinti dėl paprastos priežasties: reguliavimo aplinka to reikalauja, rinka tai vertina, o technologija, leidžianti to pasiekti, jau komerciškai patvirtinta masinėje gamyboje. Pirkėjams svarbiausia suprasti skirtumus tarp įvairių variklių architektūrų bei žinoti, kokius energinio naudingumo rodiklius reikia reikalauti iš tiekėjų – tai tiesioginis būdas įsigyti produktų, kurie per visą jų eksploatacijos laikotarpį tikrai užtikrins deklaruotą energijos taupymą.