Energiesparende EC-Motorenund Ventilatortechnik. Ralf Mühleck, ebm-papst

Transkript

1 Energiesparende EC-Motorenund Ventilatortechnik Ralf Mühleck, ebm-papst

2 EC-Technik : Gliederung EC-Motor Funktionsweise Motoraufbau technischer Vergleich mit AC Motor Anschlussmöglichkeiten Baugrößen und Leistungsbereiche Ausführungen Zusammenfassung

3 EC-Technik : EC Motor Drehstrommotor In der Wicklung des Stators wird durch das Drehstromnetz ein magnetisches Drehfeld erzeugt. Diese induziert im Rotor ein Magnetfeld, was zu einer Rotation führt. Drehzahl = Netzfrequenz * 60 Polpaaranzahl EC-Motor Gleichstrommotor mit Permanentmagnet und elektronischer Kommutierung (Stromwendung) durch Transistoren. Drehfeld wird durch integrierte Kommutierungselektronik erzeugt. Der Anschluss erfolgt direkt am Wechselstromnetz. EC => Electronical Commutation

4 EC-Technik : Wirkungsgradvergleich EC-AC Motorwirkungsgrad [%] approx /min EC-Motor 3-ph. AC 1-ph. AC Spaltpolmotor 20 Hoher Motorwirkungsgrad auch im Teillastbereich Wellenleistung [W]

5 EC-Technik : Was macht den Unterschied? Verlustleistung eines AC-Normmotor Aufnahmeleistung P W Wellenleistung Verluste AC EC Magnetisierung 200W 80W Kupfer 200W 120W Zusatzverluste air gap Schlupf 60W 0W Reibung + Umrichter ~160W 80W P2,mech Systemverluste ~620W 280W

6 h/Jahr 4000h/Jahr 8000h/Jahr ,05 0,10 Energiekosten [ /kwh] Energiekosten [ /kwh] Energiekosten [ /kwh] Energiekosteneinsparung pro Jahr [ ] C Alle Rechte bei ebm Werke GmbH & Co. KG, auch für den Fall von Schutzrechtsanmeldungen. Jede Verfügungsbefugnis, wie Kopier- und Weitergaberecht, bei uns. EC-Technik : Energiekostenersparnis 600W Energiekosteneinsparung pro Jahr [ ] Energiekosteneinsparung pro Jahr [ ] 600W 600W 400W 400W 400W W 200W 200W 0 0,05 0,08 0,10 0 0,05 0,10

7 EC-Technik : Neue EC Radialventilatoren Effizienzklassen für Motoren Mindestanforderung ab Januar 2011: IE2 (alt: EFF1) für IEC Normmotoren* ebmpapst EC Motoren erfüllen heute schon die zukünftigen Forderungen in Bezug auf den Mindestmotorwirkungsgrad inkl. Controller *Aus dem Arbeitspapier zur Ecodesign-Richtlinie 2005/32/EC für Motoren.

8 EC-Technik: Reduzierung der Aufnahmeleistung durch Ventilatorabschaltung bzw. Drehzahlabsenkung P 1 ~ n³ Beispiel: 8 Ventilatoren je 100W -> 800W Die Vorgabe lautet halber Volumenstrom. 4 Stück abschalten -> 400W oder alle 8 mit halber Drehzahl ½ n -> P 1 / 8 -> 100W

9 EC-Technik : Vorteile beim Motorgeräusch Systemvergleich Axialventilatoren kein Motorgeräusch über gesamten Drehzahlbereich keine FU typischen Resonanzen bzw. Phasenanschnittbrummen

10 EC-Technik : Neue EC Radialventilatoren Die Antriebseinheit M3G084 M3G150 Bewährte Außenläufertechnologie Kompakte Bauform Drehmomentbereich von 2 bis 24 Nm Wartungsfreiheit Auslegung für > Betriebsstunden M3G112

11 EC-Technik : Neue EC Radialventilatoren Die Steuerelektronik Spannungsbereich 1~ VAC oder 3~ VAC 50Hz und 60Hz Betrieb Leistungsbereiche: 500 W,750W, 1000 W, 1700 W, 3000 W und 6000W Analoger Steuereingang 0-10 V => stufenlose Regelung Niedriges Kommutierungsgeräusch durch optimierte Auslegung Ideale Abstimmung zwischen Motor und Elektronik geringer Verdrahtungsaufwand

12 EC-Technik : Neue EC Radialventilatoren Die Steuerelektronik Erstklassiges EMV-Verhalten > Störaussendung gemäß EN (Klasse B ) > Störfestigkeit gemäß EN > Netzrückwirkung gemäß EN Keine geschirmten Leitungen notwendig Kein Motorschutzschalter notwendig, durch in der Elektronik integrierte Schutzeinrichtungen => Leitungsschutzschalter ist ausreichend Stand-by Verbrauch < 3Watt

13 EC-Technik : Neue EC Radialventilatoren Schnittstelle Allgemeines Radbaugrößen 250/280 mit M3G084: Standard Schnittstelle: > 0..10V/PWM Kombieingang > 10V / 1mA Potiversorgung > Fehlermelderelais (Öffner bei Fehler) > Modbus bei P1>500W M3G084

14 EC-Technik : Neue EC Radialventilatoren Schnittstelle Allgemeines Radbaugrößen mit M3G112 und M3G150: > 0..10V / PWM Kombieingang > 10V / 10mA Potiversorgung > Fehlermelderelais Wechsler > 20V / 50mA Sensorversorgung > 4..20mA Sensoreingang > 0..10V Master Ausgang > Digitaleingänge > Bus Schnittstelle (RS-485) > Service (Fehlerspeicher) > z.b. Druckkonstantregelung > Vernetzung M3G150 M3G112

15 EC-Technik : Neue EC Radialventilatoren M3G112 / 150 RS485 Bus Lin. Interface: 0-10V / 4-20mA Versorgungsspannung 10/20V Alarm: normally open NO normally closed NC 3~ Versorgung V, 50/60Hz, PE

16 EC-Technik : Kennlinienvergleich Kennlinien in Abhängigkeit von der Netzfrequenz und -spannung R4D450 bei 480 V / 60 Hz (Drehstrommotor) EC Ventilator => V / 50/60 Hz (eine Kennlinie) R4D450 bei 400 V / 50 Hz (Drehstrommotor) Stat. Druck Pfa [Pa] V [m^3/h] Volumenstrom [m³/h]

17 EC-Technik : AHU Varianten Standard Erhöhter Korrossionsschutz Hygiene Ausführung

18 EC-Technik : Neue EC Radialventilatoren Der Leistungsbereich A B C D E F G H J K A B C D E F G H J K

19 EC-Technik : Neue EC Radialventilatoren Schnittstelle Motor-Laufrad Laufradbefestigung minimale Laufradversperrung

20 EC-Technik : Neue EC Radialventilatoren Das Laufrad Baugrößen 250 bis 560 mm Aluminium geschweißt überhöhte Boden- und Deckscheibe optimierte Schaufelgeometrie mit schräger Abströmkante hoher stat. Laufradwirkungsgrad bis 75% einfache Reinigbarkeit kein Riemen und dadurch kein Riemenabrieb, -schutz, -verluste usw. Teillast bei

21 EC-Technik : Neue EC Radialventilatoren Betrieb und Wartung Lebensdauer L10 bei 40 C =>mind h keine Wartung notwendig (wie z.b. bei Riemenantrieb) einfacher Austausch möglich (Befestigung mit wenigen Schrauben bzw. Klemmkontakte) schneller Ersatz durch kurze Lieferzeiten

22 EC-Technik : Neue EC Radialventilatoren Größenvergleich mit EC Radialventilator bisher => Kürzere Geräte, geringerer Platzbedarf

23 EC-Technik : Neue EC Radialventilatoren Fan Wall Realisierung von höheren Volumenströmen => 2 x m³/h bei 1000 Pa möglich => m³/h => 4 x m³/h bei 1000 Pa möglich => m³/h Vorteil: extrem kurze Bautiefe

24 EC-Technik: Kennlinienvergleich EC-Freiläufer zu EC Gehäuseventilator (vorwärts gekrümmt) Leistungsaufnahme P1 [W] [W] Pa Pfa [Pa] W 1600 W stat. Druck [Pa] Leistungsaufnahme P1 P1 D3G404AA R3G450AQ m³/h V [m^3/h] Volumenstrom [m³/h]

25 EC-Technik: Kennlinienvergleich EC-Freiläufer zu EC Gehäuseventilator (vorwärts gekrümmt) % stat. Gesamtwirkungsgrad (inkl. Motor) stat. Gesamtwirkungsgrad Eta_ges_fa [%] [%] Pfa [Pa] % stat. Druck [Pa] D3G404AA0203 R3G450AQ V [m^3/h] Volumenstrom [m³/h]

26 EC-Technik: Kennlinienvergleich EC-Freiläufer zu Gehäuseventilator (rückwärts gekrümmt) Leistungsaufnahme 5300 W 4300 W 1100 Pa Leistungsaufnahme [W]] stat. Druck [Pa] doppelseitig saugend, in Spiralgehäuse, THLZ 355W R3G500AQ1203 (Normmotor) Volumenstrom [m³/h] 8800 m³/h

27 EC-Technik: Kennlinienvergleich EC-Freiläufer zu Gehäuseventilator (rückwärts gekrümmt) stat. Gesamtwirkungsgrad (inkl. Motor) Vergleich Gesamtwirkungsgrad 62 % 70% 60% stat. Druck [Pa] R3G500AQ1203 doppelseitig saugend, in Spiralgehäuse,THLZ 355W (Normmotor) 0% Volumenstrom [m³/h] 51 % 50% 40% 30% 20% 10% stat. Gesamtwirkungsgrad [%]

28 EC-Ventilatoren: ERP Richtlinie: Ventilatoren >125 W Verteilung der Wirkungsgrade anhand aktueller Radialventilatoren Forderung für 2013

29 EC-Ventilatoren: Ökodesign Richtlinie: Ventilatoren >125 W Verteilung der Wirkungsgrade anhand aktueller Radialventilatoren Forderung für

30 EC-Technik : Neue EC Radialventilatoren Systemvergleich + + EC Lösung AC Lösung Kundennutzen der EC Lösung: V, 50/60 Hz => Leistungen bis 0,75 kw V, 50/60 Hz => Leistungen 1 bis 6 kw => ein Ventilator für unterschiedlichste Netze => ein Ansprechpartner => optimaler Sytemwirkungsgrad

31 EC-Technik : Zusammenfassung Elektronisch kommutierter Motor mit integrierter Elektronik Hohes Potential zur Energieeinsparung minimale Verlustleistung und Wärmeentwicklung durch höchsten Motor- und lufttechnischen Wirkungsgrad Integrierte Motorelektronik Optionen zur Drehzahlstellung, Regelung, Überwachung, Vernetzung enthalten Kompakter Motor / keine externen Geräte wie z.b. FU oder Trafo Geringer Verdrahtungsaufwand / weniger Platzbedarf im Schaltkasten EMV und Netzfilter integriert anwendungsbezogene Anpassung der Ventilatorleistung durch integrierte Steuer- und Regelfunktionen für Ventilatoranwendungen (konstanter Druck oder konstantes Volumen)

32 EC-Technik : Zusammenfassung Elektronisch kommutierter Motor mit integrierter Elektronik Wartungsfrei und langlebig Verwendung von integrierten Bausteinen (Power-Module) erhöhte Zuverlässigkeit durch weniger Bauteile Niedriges Geräusch Praktisch keine Motorgeräusche im Teillastbetrieb Reduzierte Typenvielfalt bei integrierter EC Technik Betrieb ist weltweit an 50 und 60 Hz Netzen mit gleichem Motor möglich Großer Spannungsbereich (1~ VAC oder 3~ VAC) Polzahlunabhängige Auslegung Langjährige Erfahrung im Bereich EC Technik

33 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit