По данным Информационного управления по энергетике США (EIA), более 30% потребления электроэнергии в стране приходится на системы отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха (HVAC), а также холодильные установки; значительная часть этой энергии расходуется на вентиляторы, используемые в этих системах. ebm-papst, производитель вентиляторов, двигателей и приводов для этих и других распространённых применений, разрабатывает энергоэффективные устройства для перемещения воздуха, помогающие сохранять прохладу в наших жилых помещениях, а также свежесть продуктов питания и напитков, одновременно снижая потери энергии и счета за электричество. Внимание компании к GreenTech и устойчивому развитию пронизывает как её продуктовые линейки, так и корпоративную философию.

Издание Engineering.com пообщалось с инженерами ebm-papst, которые рассказали о технологиях, делающих их вентиляторы эффективными, доступными, настраиваемыми и безопасными для экосистемы.

Двигатели

Более века назад два изобретателя по-разному представляли себе, как электричество будет питать мир. Томас Эдисон хотел продавать лампы накаливания и отдавал предпочтение генераторам и двигателям постоянного тока (DC). Его соперник, Никола Тесла, изобрёл асинхронный двигатель, работающий на переменном токе (AC). У каждого типа двигателя есть свои плюсы и минусы.

Двигатели постоянного тока обладают высокой эффективностью на любой скорости, и их скорость легко регулировать, но из-за использования щёток и коллекторов срок их службы, как правило, невелик. Асинхронные двигатели переменного тока не используют щётки, что делает их более долговечными и экономичными. До недавнего времени двигатели переменного тока работали только на одной скорости (определяемой частотой сети), но современные частотные преобразователи (VFD) теперь позволяют им работать на нескольких скоростях, хотя на низких оборотах их эффективность снижается.

Лучшее из обоих миров сочетает в себе бесщёточный двигатель постоянного тока, который использует электронное управление вместо щёток и коллектора, позволяя двигателям эффективно работать на нескольких скоростях и при этом уменьшая износ от трения, характерный для щёточных двигателей. Поскольку в них электроника заменяет щётки и коллекторы, такие двигатели часто называют электронно-коммутируемыми двигателями, или ECM. По сути, ECM являются бесщёточными двигателями постоянного тока, но если типичные бесщёточные двигатели постоянного тока работают исключительно от постоянного тока, то в ECM встроена схема преобразования переменного тока в постоянный, благодаря чему они могут работать непосредственно от сетевого напряжения переменного тока.

Два инженера ebm-papst сравнивают двигатели переменного тока и EC-двигатели:

 

Поскольку двигатели ebm-papst принимают питание переменного тока, инженеры могут легко устанавливать их в конструкции, ранее использовавшие вентиляторы переменного тока. Более того, их габариты идентичны, что делает их пригодными для прямой замены. Кроме того, для новых продуктовых линеек компания производит вентиляторы с питанием постоянным током,работающие от источников 24 В постоянного тока, совместимых со светодиодными системами освещения, используемыми во многих холодильных витринах. Независимо от типа тока — переменного или постоянного — эти вентиляторы экологичны как при производстве, так и при эксплуатации.

Технология вентиляторов GreenTech         

ebm-papst стремится к тому, чтобы каждый новый продукт превосходил предшественников по экономичности и экологичности. Поэтому компания выпускает вентиляторы, объединяющие двигатель, управляющую электронику и лопасти в единый узел, что снижает расход материалов и энергии при производстве. По словам ebm-papst, "сочетание металлических и пластиковых элементов в осевых и центробежных крыльчатках делает их особенно лёгкими и открывает возможности для оптимальной аэродинамической конструкции, что приводит к недостижимому ранее уровню энергоэффективности в сочетании с улучшенной акустикой". 

На основе данных внешнего датчика температуры каждого вентилятора контроллер может увеличивать или уменьшать скорость отдельных вентиляторов, обеспечивая равномерное охлаждение в нескольких зонах. Итогом индивидуального управления многоскоростными вентиляторами становится значительное снижение энергопотребления.

Вентиляторы компании превосходят требования европейской директивы ErP для энергопотребляющей продукции благодаря сочетанию устойчивых методов производства и более высокой эффективности.

Интегрированная электроника GreenTech     

Вентилятор GreenTech может включать встроенную коррекцию коэффициента мощности, фильтрацию электромагнитных помех (EMI), защиту от теплового перегруза,  ограничение тока, обнаружение неисправностей сетевого напряжения и фаз,  электронный коммутатор, схему плавного пуска двигателя, а также соединение RS-485 Modbus, обеспечивающее интерфейс программирования и интеграцию в системы с несколькими вентиляторами.

Вентилятор также оснащён программируемым ПИ-регулятором, позволяющим инженерам настраивать пропорциональный и интегральный коэффициенты, хотя инженеры ebm-papst отмечают, что большинству клиентов вполне подходят предустановленные значения по умолчанию.

Дополнительные датчики измеряют скорость вентилятора, напряжение, ток и обмен данными по шине, что позволяет главному контроллеру отслеживать состояние вентилятора, выявлять неисправности и при необходимости оповещать технического специалиста. Системы HVAC могут изменять скорость вентилятора в зависимости от времени суток, заполненности помещения, условий окружающей среды и практически любых других отслеживаемых параметров.

Удалённый мониторинг вентиляторов ECM на базе IoT

Мониторинг оборудования на уровне отдельной машины — это уже вчерашний день. Благодаря Интернету  вещей (IoT) устройства теперь можно наблюдать и контролировать из любой точки мира. В рамках  инициативы GreenIntelligence компания ebm-papst встраивает в свои вентиляторы технологию IoT и интерфейс Modbus, что позволяет интегрировать их в систему автоматизации здания  (BAS) как часть комплексных программ управления энергопотреблением и техобслуживания оборудования.

Удалённый мониторинг и управление можно осуществлять двумя способами:

1) с использованием программного обеспечения ebm-papst EC control на главном компьютере с преобразователем интерфейса, и

2) через совместимые контроллеры^{сторонних производителей} . (Список одобренных контроллеров доступен по этой ссылке.)

Любой из этих интерфейсов позволяет специалисту по эксплуатации зданий отслеживать такие параметры, как часы наработки, скорость вентилятора, ток, напряжение, энергопотребление, аварийные режимы работы, температуру двигателя, электроники и силовых цепей, режим работы (регулирование по температуре либо по давлению/расходу воздуха), заданное значение, обратную связь по температуре и аварийные сигналы. Для подключения вентиляторов к смартфонам, ноутбукам или компьютерным сетям можно использовать различные адаптеры RS485, такие как Bluetooth, USB или Ethernet.

 

Благодаря различным подключённым датчикам вентилятор с поддержкой IoT может обнаружить неисправность и отправить код ошибки технику, сводя к минимуму время простоя. Разумеется, предотвратить неисправность лучше, чем обнаружить её, поэтому система BAS может также отслеживать количество часов наработки вентилятора,что способствует профилактическому обслуживанию. Более того, датчики способны выявлять условия, которые в ближайшем будущем могут привести к неисправности, обеспечивая предиктивное обслуживание.

Проектирование с использованием вентиляторов ECM/IoT

Я попросил инженера ebm-papst рассказать мне о процессе проектирования системы вентиляции для коммерческой холодильной установки. Для вентилятора испарителя или конденсатора в этом применении, инженер сначала определил бы следующие параметры проектирования:

• Рабочая(ие) точка(и) системы — расход воздуха и статическое давление
• Физические ограничения
• Окружающая среда — минимальная и максимальная температура окружающего воздуха, пыль/влага/водяные брызги и т. д.
• Напряжение питания, однофазное или трёхфазное, ограничение мощности
• Управление скоростью/направлением (одна скорость, 2 скорости, регулируемая скорость, реверсивная работа)
• Требования к мониторингу (скорость, коды ошибок, потребляемая мощность, часы наработки, температура двигателя/электроники)
• Нужен ли главный контроллер? Если да, то какого типа?

Эта информация позволяет инженерам определить:

• Тип вентилятора — осевой, диагональный или центробежный
• Размер вентилятора
• Размер двигателя
• Варианты мощности двигателя
• Двигатель переменного тока или EC-двигатель
• Необходимые опции EC (доступные опции зависят от размера двигателя)
• Совместим ли главный контроллер с вентиляторами ebm-papst?

 

Инженеры технической поддержки ebm-papst на местах работают вместе с инженерами по применению со стороны заказчика, чтобы спроектировать оптимальную конфигурацию вентиляторов, обеспечивающую баланс между производительностью, стоимостью и эффективностью.

По мере того как отрасли возобновляемой энергетики и устойчивого развития продолжают расти, мы всё чаще убеждаемся, что забота об экологии и экономия денег больше не являются взаимоисключающими понятиями. Энергосберегающие устройства, такие как светодиодные лампы, маломощная электроника и эффективные вентиляторы, показывают, что продукция, разумная с экологической точки зрения, разумна и с экономической, и это действительно урок, который окупается!

Узнайте больше о вентиляторы ebm-papst GreenTech EC.