فناوری EC چیست؟

فناوری EC چیست؟

EC  مخفف Electronically Commutated است که ولتاژهای AC و DC را ترکیب می­ کند. در اصل یک فن با موتور DC بدون جاروبک است که بهترین ویژگی­های هر دو فناوری را در برمی ­گیرد. موتور EC با یک منبع تغذیه تک فاز یا سه فاز کار می­ کند و درون موتور یک مبدل ولتاژ وجود دارد. قسمت ثابت موتور (استاتور) بطوری طراحی شده تا فضای کافی برای یک برد الکترونیکی فراهم شود و بتواند جریان متناوب را به جریان مستقیم تبدیل کرده و کنترل‌های لازم را انجام دهد. عملکرد الکتریکی EC با اینورتر فرکانس، متفاوت است، موتورهای الکتریکی EC از آهنربای دائمی در میدان ثانویه استفاده می­کنند. هنگامی که روتور روشن می­ شود، آهنربا نیروی دافعه ایجاد می­کند، بنابراین به موتور اجازه می­ دهد تا در میدان بچرخد. در واقع کنترل برداری میدان مغناطیسی باعث می ­شود تا با تغییر جهت جریان در سیم­پیچ استاتور کنترلر محاسبه کند که چه  قطبی به منظور چرخش دائم روتور با سرعت مشخص مورد نیاز است.

 در نتیجه موتور EC نسبت به یک موتور AC به 30٪ انرژی کمتری نیاز دارد، زیرا میدان مغناطیسی ثانویه برای ایجاد میدان مغناطیسی نیازی به القای انرژی ندارد. در نتیجه این امکان فراهم می­ شود که بتوان سرعت موتور را با به گونه­ ای کنترل کرد که راندمان بالا و صدای کم محقق شود. حتی بسته به کاربرد فن، امکان اتخاذ پارامترهای کنترلی بیشتری نیز وجود دارد. (مانند کنترل فشار ثابت، کنترل جریان هوا، دما).

موتورهای DC معمولی دارای محفظه­ای هستند که شامل قطعه­هایی مانند برس­های کربنی، کلکتور، بلبرینگ، آرمیچر با سیم­پیچی و غیره هستند که در کنار یکدیگر قرار گرفته­اند. اما در موتورهای EC، چون به کلکتور و برس کربن نیاز نیست فضای کمتری نیاز است. بنابراین موتور به طور قابل توجهی کوچک­تر است و این یک مزیت محسوب می­ شود. می­ توان گفت ساختار کلی و عملکرد موتور EC به صورت زیر است:

• موتور DC بدون جاروبک مغناطیسی دائم در روتور
• استاتور توسط سوئیچ های الکترونیکی (که جایگزین برس­های کربنی می­ شوند) هدایت می­ شود و در واقع توسط یک میکروکنترلر کنترل می­ شود.
• سیستم الکترونیکی (حسگر یا نرم­افزاری برای تشخیص موقعیت روتور)
• استفاده از جریان متناوب (تک فاز 230 ولت یا سه فاز 380/480 ولت، 50/60 هرتز)

موتور EC

ساختار موتور EC

• هزینه‌ سرمایه‌گذاری برای فن‌های EC نسبت به موتورهای سنتی، بیشتر است. اما به دلیل مصرف انرژی پایین و کاهش هزینه‌های نصب (بدون نیاز به ترانسفورماتور، تبدیل‌کننده فرکانس یا کنترلر زاویه فاز)، در مدت زمان عملیاتی کوتاهی بازگشت سرمایه وجود خواهد داشت.

بازده موتور EC

موتورهای EC دارای منحنی بازده تقریباً ثابتی هستند که به ندرت با توجه به سرعت موتور تغییر می ­کنند. این بدان معناست که بازده موتور تحت­ الشعاع سرعت قرار نمی­ گیرد یا مانند موتور AC وابسته به تغییرات ولتاژ نیست. موتورهای AC معمولا دارای تلفات می­ باشند اما موتورهای EC بدون تلفات هستند.

تفاوت بین فن های AC و EC چیست؟

فن AC یک تکنولوژی بسیار قدیمی ولی پرکاربرد است که کنترل و کاهش سطح صدای آن بسیار پرهزینه تمام می­شود. زیرا یک فن AC با 220/380ولت و 50 یا 60 هرتز کار می کند. با استفاده از کنترلرهای جانبی، که در واقع، برای توقف و راه اندازی فن فرکانس را قطع می­ کند. به همین دلیل است که در سرعت‌های پایین‌تر، سطح صدا بالا می­رود. تفاوت فن EC و فن AC در این است که فن EC یک فن دیجیتال است که کنترلرهای متصل به فن به کنترل آن کمک می­ کند. بنابراین همچنان با ولتاژ220/380 ولت، 50 یا 60 هرتز، ولی بدون صدا کار می­کند. تنها کاری که انجام می ­شود این است که یک کنترلر به محل­های تعبیه شده روی فن وصل می­ شود. این اتصال چند کاربرد دارد:

1- سیگنال ۰ تا ۱۰ ولت اطلاعات عملکردی را از فن به کنترلر می­ فرستد.

2- سیگنال ۰ تا ۱۰ ولت برای کنترل فن از کنترلر به فن ارسال می ­شود. بنابراین، کمترین ولتاژ وارد شده به فن باعث توقف فن می­شود و وارسال ولتاژ 10 ولت باعث می­شود فن با سرعت کامل کار کند.

• استفاده کردن از کدام یک اقتصادی­تر است – فن های EC یا فن های AC؟

فن های EC دارای هزینه اولیه بیشتر اما در دراز مدت بسیار ارزان­تر تمام می­شوند.

هنگامی که با یک کنترل­کننده سرعت فن کاهش می­یابد، به همین نسبت هزینه­ انرژی مصرفی متناسب با سرعت فن کاهش می­یابد. بنابراین، با نصف شدن سرعت، فن­های EC نیمی از برقی را که با قدرت کامل استفاده می­ کردند را مصرف می­ کنند. با یک چهارم سرعت، فن­های EC یک چهارم برق مصرف می­کنند. در حالیکه این مورد در مورد فن AC صدق نمی کند. فن­های AC با هر سرعتی  از تمام قدرت استفاده می ­کنند.

• آیا فن های EC کم صدا تر از فن های AC هستند؟

فن­های EC بسیار کم صداتر هستند. فن­های AC با ولتاژ 220/380 ولت و 50  یا 60 هرتز کار می­کنند. کنترلرها، فرکانس را هنگام تغییر سرعت تغییر می­دهند. این باعث ایجاد صدا در سرعت­های پایین­تر می­شود. هرچند برخی از کنترل‌کننده‌های فن AC، مانند کنترل‌کننده‌های پله‌ای و کنترل‌کننده فرکانس دینامیکی از ایجاد صدا جلوگیری می‌کنند. اما، این نوع کنترلرها ارزان نیستند و می­توان به جای آن از فناوری EC استفاده کرد.

• فن های EC دقیق تر هستند یا فن های AC؟

همانطور که گفته شدفن­های EC فن های دیجیتال هستند و با استفاده از کنترلر فن EC می­توان سرعت فن را تغییر داد. در حالیکه این مورد برای فن­های AC صدق نمی­کند. یک فن AC که با یک کنترل­کننده پله­ای (معروف به کنترل­کننده ولتاژ) کار می­کند، فقط می­ تواند فن را با 5 سرعت کنترل کند. کنترلر 5 ولتاژ تعریف شده را برای تغییر سرعت به فن می­فرستد. یعنی محدوده بسیار انعطاف پذیری که برای کنترل فن­های EC وجود دارد برای کنترلرهای خارجی موتورهای AC امکان­پذیر نیست. مضاف بر اینکه با بکارگیری کنترلرهای خارجی صدای بسیار زیادی بوجود می­ آید.

• فن های EC قوی تر هستند یا AC ؟

فن­های EC قوی­تر هستند. به این معنی که این فن­ها برای جابجایی هوای بیشتر با توان کمتر طراحی شده­ اند. برای مثال:

یک AC فن 150mm ماکزیمم هوایی که جابجا می­کند  720 مترمکعب بر ساعت و توان مصرفی آن 109W است. در مقابل یک EC فن با مشخصات مشابه 781 مترمکعب بر ساعت هوا را با توان مصرفی 77W حرکت می­دهد.

• کدام فن عملکرد بهتری به شما ارئه می دهد؟

موتورهای EC کمک می­ کنند که امکان کنترل بیشتری بر فن و در نتیجه کنترل حفظ شرایط دمایی ایده­آل وجود داشته باشد. پس این فن­ها عملکرد بهتر و بازدهی بالاتری ارائه می­ دهد.

استفاده از فن آوری EC در سیستم های تهویه مطبوع

اهمیت سیستم­های تهویه مطبوع هنگامی که موضوع در مورد طراحی ساختمان­های اداری بزرگ یا محیط­هایی که نیاز به کنترل شرایط دارند، افزایش می­یابد. در فناوری­های قدیمی موتورهای AC برای تأمین نیروی محرکه فن مورد استفاده قرار می‌گرفتند، اما به دلیل مقرون به صرفه نبودن آن‌ها در زمان کار با تمام توان، امروزه انتخاب مناسبی نیستند. جایگزینی موتورهای AC با موتورهای EC بسیار انتخاب مناسبی است زیرا کارآمد هستند و بی سر و صدا کار می ­کنند. فن­های EC در حال حاضر به طور گسترده و در کاربردهای متعدد استفاده می ­شوند. هم برای تجهیزاتی که اخیراً ساخته می ­شوند و هم برای ارتقا تجهیزات موجود مانند کندانسورهای تبرید، واحدهای AC ،  سرورهای کامپیوتر و … .

صرفه جویی در مصرف انرژی با فن های EC

برای اینکه این موضوع ملموس­تر شود با یک مثال به تشریح این موضوع پرداخته می­ شود:

اگر فرض شود که به جریان هوایی معادل 13،200 متر مکعب در ساعت و فشار 450 پاسکال نیاز باشد. به این منظور، به 4 عدد فن با قطر 315 میلی‌متر نیاز است. اگر این ترکیب از فن­ها در طول 50 هفته در سال و به مدت 8 ساعت در روز با سرعت کامل و در ساعات غیرکاری، فن‌ها تقریباً برای تأمین نصف جریان هوا به کار گرفته شوند، توان مصرفی بدین قرار خواهد بود:

شکل2-مقایسه توان مصرفی فن های EC و AC

همانطور که مشاهده می ­شود استفاده از فن EC باعث صرفه جویی حدود 11984kWh انرژی در سال می ­گردد.

مزایای کلیدی استفاده از فن های EC

• افزایش راندمان

بازده انرژی بالای فن EC ناشی از کاهش مصرف انرژی است (شکل3). حتی در سرعت­های پایین،  فن EC همچنان سطوح بالایی از راندمان را حفظ می ­کند. میدان مغناطیسی ثانویه در موتورهای فن EC از آهنرباهای دائمی داخل روتور ایجاد می­گردد. این به موتورهای EC اجازه می ­دهد تا انرژی را حفظ کرده تا یک میدان مغناطیسی ثانویه مانند سیم پیچ­های مسی در موتورهای القایی AC ایجاد شود.

مادامیکه که موتور EC در حال کار است، فن تحت کنترل است و تنظیمات مداوم برای بهینه نگه داشتن قدرت فن انجام می­شود و فن در یک محدوده سرعت متغیر به جای یک سرعت ثابت کار می­ کند. به اینصورت موتورهای EC می­ توانند در هر سرعتی در چارچوب قابلیت­های طراحی شده­  کارآمد باقی بمانند. این قابلیت به موتورهای فن EC کمک می­ کند تا 30٪ بازده انرژی بیشتری نسبت به موتورهای فن AC داشته باشند.

نمودار کاهش مصرف انرژی با استفاده از تکنولوژیEC

• قابلیت کنترل بیشتر

موتورهای فن EC از چندین روش کنترل برای ارائه راندمان بهتر و ساده کردن کنترل برای محدوده وسیعی از کاربردها استفاده می­ کنند. موتورهای فن EC دارای یک برد الکتریکی هستند که امکان کنترل دقیق را از طریق یک برنامه کامپیوتری فراهم می کند. اپراتورها سرعت، گشتاور و زمان افزایش سرعت فن را از طریق یک مکان مرکزی کنترل می‌کنند. همچنین مدل­های پیشرفته پارامترهای کنترلی بیشتری را در اختیار اپراتورها قرار می ­دهند که باعث می­ شوند فن را تا 90 درصد کارآمدتر کند.

• طول عمر بیشتر

صنایع و برنامه‌هایی که به قابلیت اطمینان و طول عمر بیشتری نیاز دارند، می‌توانند به جای استفاده از فن‌های AC با قابلیت‌های مشابه، برای طول عمر بیشتری از فن‌های EC استفاده کنند. موتورهای فن AC دارای برس­های کربنی هستند که در نهایت فرسوده می­ شوند، اما عدم وجود برس­های کربنی در موتور فن EC میزان دسترس­پذیری را افزایش می­دهد. عامل دیگری که قابلیت اطمینان را افزایش می­دهد این است که به هنگام نوسانات ولتاژ شبکه، موتور آسیب نمی ­بیند. از طرف دیگر دمای پایین کارکرد یکی دیگر از عوامل طول عمر موتور EC است. موتورهای فن EC دمای پایین‌تری را در مقایسه با فن‌های AC مشابه حفظ می‌کنند و خرابی­های ناشی از گرما را کاهش می‌دهند. عملکرد قابل اطمینان­تر و عمر طولانی­تر می­ تواند با کاهش نیاز به تعمیر و نگهداری طولانی مدت، هزینه‌­های تعمیر و تعویض، هزینه اولیه بالاتر فن­های EC را جبران کند.

• کوچک و کاربردی

فن­های EC با طراحی خاصی که باعث صرفه­جویی در فضا می ­شوند، به آنها اجازه می­ دهد تا با ظرفیت بالا در اندازه فیزیکی کوچکتر کار کنند. اندازه کوچکتر تا حد زیادی به دلیل روتور خارجی است. وزن یک موتور EC چهار برابر کمتر از یک موتور AC با قابلیت­های مشابه است و طراحی با حجم کمتر جریان هوای بهتری را ارائه می­ دهد. موتورهای EC یک راه حل عملی و بسیار مناسب در محیط­هایی هستند که فضا کوچک می­ باشد.

• اتصال به رایانه شخصی

با نصب نرم­افزار مخصوص بر روی رایانه شخصی و اتصال فن به رایانه به راحتی می ­توان موتور EC را عیب­یابی و کنترل کرد.

معرفی قابلیت­های فن EC

• فشار ثابت: فن همراه با سنسور فشار استفاده می ­شود و عملکرد آن بدین صورت است که فشار یکسانی را در جریان هوای متغیر حفظ می­کند (که آن را به گزینه­ای ایده آل برای کاربردهای کانالی تبدیل می­کند). فن های گریز از مرکز بکوارد بدون سنسور فشار کار می­ کند.
• جریان هوای ثابت: فن جریان هوای یکسانی را در فشارهای متغیر حفظ می­ کند.
• خروجی 0-10VDC/PWM: موتورهای EC را می توان با یک پتانسیومتر ساده و استاندارد 10 کیلو اهمی، با خروجی یکپارچه 0-10VDC کنترل کرد.
• بکارگیری سنسور اثر هال (HALL effect): این سنسور (حسگر) دستگاهی است که با بوجود آمدن میدان مغناطیسی فعال می­ شود. از آنجا که چگالی شار مغناطیسی یکی از مشخصه­ های مهم میدان مغناطیسی است، سیگنال خروجی از سنسور اثر هال، تابعی از چگالی شار مغناطیسی اطراف سنسور به حساب می­آید. وقتی چگالی شار از حدی بیشتر می ­شود، این سنسور وارد عمل شده و ولتاژ خروجی به نام  تولید می کند. این حسگرها کمک می­ کنند تا سرعت جریان الکتریکی تشخیص داده شده و متناسب با آن پیام دلخواه صادر شود.
• فن اصلی و زیرمجوعه­ های آن: این سیستم زمانی استفاده می­ شود که چندین فن با هم در یک برنامه واحد استفاده می­شوند. به این صورت که فن اصلی به صورت جداگانه کنترل می ­شود. سپس سایر فن­ها به تبعیت از فن اصلی تحت کنترل قرار می ­گیرند. در واقع شرایط مورد انتظار از مجموعه فن­ها، به صورت کنترل فن اصلی انجام می­ شود.