Внешний ротор электродвигателя вентилятора это



Моторы с внешним ротором не требуют редкоземельных магнитов

EC-motor

Электродвигатели с постоянным возбуждением основаны на постоянных магнитах в связи с их функцией. Особенно сильные магниты могут быть произведены в процессе спекания из соединений с редкоземельными материалами, такими, как кобальт и самарий или неодим, железо и бор. После искусственного дефицита этих материалов и, в результате, резкого роста затрат, цены сейчас снова падают. Однако, так как в настоящее время по-прежнему Китай контролирует большую часть поставляемого количества, необходимо продолжать считаться с резкими колебаниями цены. Кроме того, их наличие не гарантируется.

При этом, в будущем, затраты на редкоземельные магниты будут пустяковыми, но трудными для расчета производителями электродвигателей. Поэтому электродвигатели с постоянным возбуждением, которые являются особенно энергосберегающими, часто рассматриваются как дорогие в пользовательских кругах. Это не обязательно так, однако, каждый электрический привод с высокой эффективностью действительно зависит от мощных редкоземельных магнитов. ЕС-моторы с внешним ротором, например, которые используются в энергосберегающих вентиляторах, обходятся «простыми», экономически эффективными и, прежде всего, легко доступными ферритовыми магнитами, и они делают это с эффективностью более 90% в некоторых случаях.

Что такое ЕС мотор?
Поскольку термины в приводной технике не обязательно всегда используются с ясными и недвусмысленными определениям, имеет смысл во-первых выяснить, какие двигатели на самом деле имеются в виду в связи с обсуждением редких земель. Будь это бесщёточный привод постоянного тока (BLDC двигатель), BLPM двигатель или EC двигатель, это всегда означает, что это синхронный двигатель с постоянным возбуждением, который работает с силовой электроникой — питаемой от бытовой электросети или с источником питания постоянного тока. Так называемые BLDC/BLPM двигатели обычно работают с прямоугольными токами (блочная коммутация). ЕС-моторы могут работать с прямоугольными токами, а также с синусоидальными токами (синусоидальная коммутация). В последнем случае достигается значительное снижение уровня шума по сравнению с блочной коммутацией. Конструкция с синусоидальными токами соответствует классическому синхронному двигателю. Основные функции ЕС мотора легко понятны (рис. 1):

Ротор с постоянными магнитами вращается синхронно с вращающимся полем статора. В отличие от питающегося от сети асинхронного двигателя, частота вращения ротора не связана автоматически с частотой напряжения питания, но предопределена тем, что называется электронной коммутацией. Поэтому работа EC двигателя всегда требует дополнительной электроники. Именно она определяет угловую скорость вращающегося магнитного поля, в котором синхронно с ним вращается ротор. Корреляция между напряжением и скоростью, а также между током и моментом в основном линейная. Следовательно, в отношении его характеристики крутящий момент/скорость, двигатель работает как двигатель с параллельным возбуждением (DC shunt motor). Для определения положения ротора, либо в мотор встраиваются датчики положения ротора, либо электронный коммутатор измеряет положение ротора без датчиков через его параметры — напряжение на роторе или ток двигателя. Холостой ход зависит от приложенного напряжения и числа витков обмотки статора.

Significantly higher efficiency than comparable asynchronous motors.

Таким образом, в пределах, которые определяются физическими параметрами (например, выходная мощность, крутящий момент, температура и т.д.), может быть реализована без проскальзывания почти произвольная рабочая скорость (синхронная с вращающимся магнитным полем статора), которая даже может быть выше частоты сети, в отличие от асинхронного двигателя.
Например, если работает вентилятор с EC двигателем, скорость может быть всегда адаптирована в соответствии с требованиями системы вентиляции или процесса. Следовательно, при частичной нагрузке потребление энергии может быть значительно уменьшено, потому что требуемая мощность вентилятора изменяется как третья степень от скорости. Помимо этого, ЕС двигатели имеют существенно более высокую эффективность (рис. 2), чем двигатели переменного тока, как при частичной, так и при полной нагрузках, и они обычно имеют меньшие размеры. Причиной этого является то, что EC двигатели не требуют тока намагничивания, текущие потери тепла ротора исчезают, и возможно реализовать специальную компоновку обмотки (single-tooth winding / toothcoil winding). Даже если обсуждение редкоземельных магнитов не в пользу этих двигателей, они просто лучший выбор с точки зрения энергоэффективности.

Читайте также:  Замена вентилятора радиатора шевроле авео т300

Динамические требования определяют выбор магнитов
С ЕС-моторами вас не вынуждают полагаться на мощные редкоземельные магниты, потому что их превосходные магнитные качества действительно необходимы только для очень динамичных сервоприводов, таких, как те, которые используются в робототехнике. С одной стороны, здесь необходимы компактные размеры, с другой стороны, однако, чтобы минимизировать момент инерции, требуется минимально возможная масса ротора. Эти требования могут быть достигнуты только с высокой остаточной намагниченностью и высокой коэрцитивностью редкоземельных магнитов. Поэтому сегодня производители таких сервоприводов в первую очередь сосредоточили внимание на сокращении необходимой массы и высоты магнита с помощью сложных оптимизаций, и они уже достигли здесь очень значительной экономии.

Специалисты по двигателям и вентиляторам компании ebm-papst Mulfingen со своими вентиляторами, которые оснащены энергосберегающими GreenTech EC двигателями, даже не сталкивались с этой проблемой. Несмотря на свою высокую эффективность, эти приводы сделаны без редкоземельных магнитов. Ключевым для этого является принцип двигателя с внешним ротором:

Ротор находится на внешней стороне

Ротор находится на внешней стороне

Здесь часть двигателя находится в покое, статор расположен внутри и окружен частью, которая движется, ротором (рис.3). Расположенный снаружи ротор вращается вокруг внутреннего статора. При таком расположении, мотор с внешним ротором может достичь более высокого крутящего момента, чем с внутренним ротором при той же длине модуля, той же самой магнитной системе и той же толщине магнита. При удачном использовании степеней свободы в области вентилятора, двигатель с внешним ротором с использованием магнитотвердых ферритовых магнитов может достичь крутящего момента и эффективности, которых двигатель с внутренним ротором может добиться только с редкоземельными магнитами с ограниченными степенями свободы (объём, масса). В отличие от сервоприводов, вентиляторы не требуют высокой динамики. Совсем наоборот; определенный момент инерции очень желателен для вентиляторов, чтобы иметь плавный запуск и определённую динамику. Поэтому можно без дальнейшей суеты отказаться от редкоземельных магнитов и использовать ферритовые магниты, которые не только значительно более рентабельным, но и имеют стабильные цены на рынке из-за их доступности.

Energy-efficient fans whose motorsmake do without rare earth magnets.

Конструкция двигателя с внешним ротором является выгодной для вентиляторов также и в другом отношении, а именно, осевые или центробежные колёса могут быть установлены на вращающихся роторах, непосредственно на «корпусе» двигателя (рис. 4). Компактные размеры, особенно в осевом направлении, являются следствием этого и охлаждение становится проще, когда двигатель может использовать воздух, вытесняемый вентилятором, для собственного охлаждения. Конструкция с синусоидальной коммутацией также обеспечивает особенно низкий уровень шума. Следовательно, энергоэффективные GreenTech ЕС-вентиляторы совершенно не зависят от рыночной тенденции редкоземельных магнитов.

Читайте также:  Вентиляторы для вытяжки с дистанционным управлением

Источник

Внешний ротор электродвигателя вентилятора это

В отличие от старых вентиляторов, построенных по классической схеме с внешним электродвигателем и обладающих большими габаритами, современные вентиляторы весьма компактны. Этого удалось добиться за счет применения встроенного двигателя, реализация которого стала возможной только после внедрения схемы электродвигателя с внешним ротором.

Вентиляторы с внутренним ротором

Традиционно во всех машинах и электродвигателях ротор расположен внутри статора. Неподвижный статор закреплен в корпусе агрегата и охватывает вращающиеся ротор и его обмотку. Далее вращательное движение передается потребляющей машине, например, компрессору или вентилятору.

Схема установки при использовании двигателя с внешним ротором показана на рис. 1.

Рис. 1. Схема установки при использовании двигателя с внутренним ротором.

Вентиляторы с внешним ротором

Очевидно, что, если потребитель требует вал большого диаметра, то вышеприведенная схема не выгодна. Как раз такими машинами являются центробежные вентиляторы. Внутренний диаметр колеса у них велик и потребовал бы или ротора большого диаметра или дополнительный механизм, передающий вращательное движение с ротора на колесо и одновременно усложняющий конструкцию.

Другой выход из ситуации – использование электродвигателей с внешним ротором. В таких двигателях неподвижный статор расположен в центре, а вращающийся ротор будет охватывать статор. При соответствующем подбор диаметров статора, ротора, а также внутреннего и наружного диаметров колеса вентилятора становится возможным получить конструкцию, когда лопатки насаживаются непосредственно на ротор. При этом не требуется никаких дополнительных передающих механизмов и экономится длина ротора. Таким образом, конструкция получается простой и компактной (см. рис. 2).

Рис. 2. Схема установки при использовании двигателя с внешним ротором.


Рис. 3. Вентилятор с внешним ротором

Источник

Аэродинамические характеристики вентиляторов с внешним ротором

Канальные вентиляторы, имеющие двигатели с внешним ротором. Элект­родвигатели с внешним ротором устанавливаются непосредственно внутри рабочих колес вентиляторов. Загромождение проточной части приводит к су­щественным потерям аэродинамических характеристик вентилятора, и для их минимизации используют электродвигатели с минимально возможными габаритами и, сле­довательно, мощностью.

Это при­водит к тому, что большинство электродвигателей, работающих при номинальной мощности (указанной на этикетке/шильдике), имеют большое скольже­ние, т.е. их частота вращения может быть существенно мень­ше соответствую шей синхрон­ной частоты.

Рассмотрим, как изменяет­ся частота вращения электро­двигателей с внешним ротором при изменении производитель­ности, на примере канальных вентиляторов с прямоугольными корпусами, рабочие колеса которых имеют вперед загнутые лопатки. Обычно в качестве номинального параметра электро­двигателя приводится максимальная полезная мощность, а частота вращения дается без указания режима работы вентилятора. На рисунке по оси ординат приведена относительная частота вращения s = n / n с (часто­та вращения, отнесенная к синхронной частоте), а по оси абсцисс — относитель­ная мощность N = N / NS = 0,985 (мощность, потребляемая вентилятором из сети, отнесенная к мощности на режиме, близком к режиму заглушки вентилятора, при s = 0,985).

Наиболее быстро спадающие кривые соответствуют вентилятора v сильно перегруженными электродвигателями и крайне малыми значениями. КПД вен­тиляторов (очевидно, из-за загромождения проточной части): WRW 40-20/20.4 D и WRW 50-30/25.6 D . Как видно из рисунка электродвигатели сильно перегруже­ны, т. к. относительная частота вращения S достигает 0,8, в то время как номинальное значение S НОМ (по паспорту вентилятора) составляет всего 0,93—0,95. Поэтому в каталогах приводят, как правило, реальные аэродинамические характеристики канальных вентиляторов с электродвигателями с внешним ротором для нормаль­ных атмосферных условий, т. е. для температуры перекачиваемого воздуха 20 «С.

Читайте также:  Самодельный регулятор скорости вращения вентилятора

Что же будет с аэродинамической характеристикой такого вентилятора при повышении температуры воздуха или ее понижении, учитывая работу электро­двигателя в условиях перегрузки на большинстве режимов работы вентилятора? Если температура перекачиваемого воздуха повышается, то пропорционально уменьшается ого плотность. При этом, с одной стороны, соответственно умень­шается потребляемая мощность вентилятора, необходимая для обеспечения за­данной производительности, но, с другой стороны, ухудшается охлаждение двигателя более теплым проточным воздухом. Какой получится результат — не­понятно. Например, не будет ли при теплом воздухе вентилятор периодически отключаться из-за перегрева электродвигателя?

Если температура перекачиваемого воздуха понижается, то увеличивается его плотность. При этом, с одной стороны, соответственно возрастает потребная мощ­ность вентилятора, необходимая для обеспечения заданной производительности, но» с другой стороны» улучшается охлаждение двигателя более холодным проточ­ным воздухом. Какой получится результат — тоже непонятно. Например, как бу­дет запускаться вентилятор при холодном воздухе? Общепринятые формулы пере­счета аэродинамических характеристик при фиксированной частоте вращения с абсолютной температуры Т1 на Т2: Р12 = Т2 / Т1; N 1 / N 2 = Т2 / Т1 (где Р — давле­ние вентилятора; N — потребляемая аэродинамическая мощность) — для таких канальных вентиляторов могут не выполняться, поскольку при изменении темпе­ратуры могут непредсказуемым образом измениться обороты двигателя.

В ряде каталогов приводится максимальная температура перемещаемого воздуха—до 80 0 С. К сожалению, мы не встречали информации производителей по влиянию температуры перекачиваемого воздуха на аэродинамические харак­теристики и работоспособность канальных вентиляторов с двигателями с внеш­ним ротором, хотя для Отечественных производителей вентиляторов с асинхрон­ными двигателями с короткозамкнутым ротором (например, серии АИР) это обычная практика.

Источник

Асинхронные электродвигатели привода вентиляторов

На тепловозах, имеющих передачу мощности переменно-постоянного тока, для привода вентиляторов охлаждения тяговых электродвигателей, вентиляторов охлаждения холодильной камеры и вентилятора охлаждения выпрямительной установки используют электродвигатели переменного тока, питающиеся непосредственно от тягового генератора.

На рис. 11.11 представлен мотор-вентилятор MBU охлаждения холодильной камеры. Эта электрическая машина является асинхронным двигателем вертикального исполнения с внешним ротором. Мотор-вентилятор MBU состоит из ротора, вала ротора, обмотки и сердечника статора, а также двух шарикоподшипников.

К основанию 10 вентилятора крепится болтами втулка 7, на которую напрессовывается сердечник статора 9. От проворота сердечник на втулке удерживается шпонкой, а от смещения вдоль оси — двумя шайбами и полукольцами. Сердечник статора набирают из штампованных листов электротехнической стали изолированных друг от друга лаком.

Обмотка статора 8 трехфазная, двухслойная, симметричная, фазы ее соединены в «звезду». Катушки обмотки статора имеют по пять витков из медного провода. Внутри втулки 7 на двух шарикоподшипниках установлен вал ротора 6. Нижний подшипник удерживается на валу кольцом, верхний — гайкой. Верхний подшипник имеет лабиринтовые уплотнения 5. Вентиляторное колесо 1, вместе с запрессованным в него ротором 2, надевается на статор снаружи и крепится к верхнему кольцу вала ротора болтами. Сердечник ротора набран из штампованных листов электротехнической стали и имеет 56 пазов, расположенных на внутренней поверхности листов. Пазы ротора залиты алюминиевым сплавом. Ротор после запрессовки в корпус вентиляторного колеса фиксируется четырьмя штифтами. Колесо вентилятора вместе с ротором подвергают динамической балансировке.

Источник