根据美国能源信息署(EIA)的数据,美国超过30%的电力消耗用于驱动暖通空调(HVAC)和制冷系统;其中相当一部分能源被输送给了这些系统中的风扇。 ebm-papst,是一家生产风扇、电机和驱动器的制造商,服务于上述及其他常见应用,并致力于开发高能效的空气输送装置,帮助让我们的居住空间、食品和饮料保持凉爽,同时减少能源浪费和电费支出。该公司对绿色科技(GreenTech)和可持续发展的关注,贯穿于其产品线及企业理念之中。

Engineering.com采访了ebm-papst的工程师,他们介绍了使其风扇高效、经济、可定制且对生态环境友好的技术概况。

电机

一个多世纪以前,两位发明家对电力驱动世界的方式有着不同的设想。托马斯·爱迪生希望销售白炽灯泡,他更青睐直流(DC)发电机和电机。他的竞争对手尼古拉·特斯拉则发明了运行于交流电(AC)的感应电机。每种电机都各有利弊。

直流电机在任何转速下都具有很高的效率,且转速易于调节,但由于使用电刷和整流子,其使用寿命往往较短。交流感应电机不使用电刷,因此更耐用、更具成本效益。直到最近,交流电机通常只能以单一转速运行(由电网频率决定),但现代变频驱动器(VFD)现已使交流电机能够以多种转速运行,尽管其在低转速区间的效率较低。

兼具两者优点的是无刷直流电机,它用电子控制取代了电刷和整流子,使电机能够在多种转速下高效运行,同时减少了有刷电机因摩擦而产生的磨损。由于它们用电子元件取代了电刷和整流子,因此常被称为电子换向电机(ECM)。实际上,ECM就是无刷直流电机,但典型的无刷直流电机严格运行于直流电,而ECM内置了交流转直流的转换电路,因此可以直接使用交流电网电压运行。

两位ebm-papst工程师对交流电机和EC电机进行了比较:

 

由于 ebm-papst电机 采用交流输入,工程师可以轻松地将其改装到 曾经使用交流风扇的设计中。事实上,它们的外形尺寸完全相同,非常适合 作为直接替换件使用。此外,针对新产品线,他们还生产采用直流输入的风扇,这些风扇使用与 许多冷藏展示柜中所用LED照明系统相兼容的24伏直流电源供电。无论是交流还是直流,这些风扇在制造 和运行方面都同样环保。

绿色科技风扇技术         

ebm-papst致力于让每一款新产品在经济性和环保性方面都优于前代产品。为此,他们生产的风扇将电机、控制电路和扇叶集成为一体,从而减少了生产过程中所用的材料和能源。据ebm-papst介绍,"轴流和离心叶轮中金属与塑料部件的组合,使其格外轻盈,并为实现最佳空气动力学设计提供了可能,从而在提升声学性能的同时,达到了前所未有的能效水平。" 

根据每台风扇外部温度传感器反馈的信息,控制器可以提高或降低单台风扇的转速,以确保多个区域获得均衡的制冷效果。这种对多台变速风扇进行单独控制的方式,最终大幅降低了能耗。

得益于可持续的制造工艺与更高的能效相结合,该公司的风扇性能超过了 欧盟ErP指令 对能源相关产品的要求。

绿色科技集成电子系统     

一款绿色科技风扇可以集成内置的功率因数校正功能、电磁干扰(EMI)滤波、过热保护、  限流保护、电网电压和相位故障检测、  电子换向器、电机软启动电路,以及 提供编程接口的RS-485 Modbus接口 并可集成到多风扇系统中。

该风扇还配备了可编程PI控制器,工程师可以借此调整比例和积分系数,不过ebm-papst工程师表示,大多数客户发现预设的默认值就已经运行良好。

额外的传感器可测量风扇转速、电压、电流以及总线通信状况,使主控制器能够监测风扇状态、检测故障,并在必要时提醒技术人员。暖通空调系统还可以根据时间、房间使用情况、环境条件以及几乎任何其他可追踪的变量来调整风扇转速。

基于物联网的ECM风扇远程监控

在设备层面进行监控早已不是新鲜事。得益于物联网  (IoT)技术,设备现在可以在任何地方被观测和控制。作为  该 GreenIntelligence 计划的一部分,ebm-papst在其风扇中集成了物联网技术和Modbus接口, 使其能够被集成到楼宇自动化系统  (BAS)中,作为综合能源管理和设备维护方案的一部分。

远程监控可以通过两种方式实现:

1) 在配备接口转换器的主机上使用ebm-papst EC控制软件;以及

2) 通过兼容的第^三 方控制器实现。(经批准的控制器列表可 在此查看。)

无论采用哪种方式,设施管理人员都可以观测诸如运行小时数、风扇转速、电流、电压、功耗、紧急运行状态、电机及电子和电力电路的温度、运行模式(温度控制或压力/风量控制)、设定值、温度反馈以及报警信号等参数。可以使用蓝牙、USB或以太网等不同的RS485适配器,实现风扇与智能手机、笔记本电脑或计算机网络之间的连接。

 

通过各类外接传感器,物联网风扇能够检测到故障并发送错误代码 给技术人员,从而最大限度地减少停机时间。当然,避免故障总好过检测 故障,因此楼宇自动化系统还可以追踪风扇的累计运行小时数,这有助于开展预防性维护。更重要的是,传感器还能检测出 未来可能导致故障的状况,从而实现预测性维护。

ECM/物联网风扇的设计

我请一位ebm-papst工程师带我了解为 商用制冷设备设计风扇系统的过程。对于这种应用中的蒸发器或冷凝器风扇, 工程师首先需要确定以下设计参数:

• 系统工作点——风量与静压
• 物理限制条件
• 使用环境——最低及最高环境温度、灰尘/湿气/喷淋水等
• 供电电压、单相或三相、功率限制
• 转速/方向控制(单速、双速、变速、反转运行)
• 监测需求(转速、错误代码、功耗、运行小时数、电机/电子器件温度)
• 是否需要主控制器?如果需要,是哪种类型?

这些信息可帮助工程师确定:

• 风扇类型——轴流式、斜流式或离心式
• 风扇尺寸
• 电机尺寸
• 电机功率选项
• 交流电机还是EC电机
• 所需的EC选项(可选项取决于电机尺寸)
• 主控制器是否与ebm-papst风扇兼容?

 

ebm-papst的现场工程师将与客户的应用工程师合作,设计出兼顾性能、成本与效率的最佳风扇配置方案。

随着可再生能源和可持续发展领域的不断发展,我们发现 环保 与 省钱 已不再是相互排斥的概念。LED灯泡、低功耗电子设备以及高效风扇等节能产品表明,符合生态效益的产品同样符合经济效益,这个道理真是实实在在!

了解更多关于 ebm-papst绿色科技EC风扇的信息。