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Energiesparende EC-Motoren-und VentilatortechnikRalf Mühleck, ebm-papst

EC-Technik : Gliederung

• EC-Motor Funktionsweise

• Motoraufbau

• technischer Vergleich mit AC Motor

• Anschlussmöglichkeiten

• Baugrößen und Leistungsbereiche

• Ausführungen

• Zusammenfassung

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

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.

ahlPolpaaranz

60 * nzNetzfrequeDrehzahl =

EC-Technik : EC Motor

EC-Technik : Wirkungsgradvergleich EC-AC

10

20

30

40

50

60

70

80

90

0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500Wellenleistung [W]

Mo

torw

irku

ngsg

rad

[%]

approx. 1300 1/min

Spaltpolmotor

1-ph. AC

3-ph. AC

EC-Motor

Hoher Motorwirkungsgrad auch im Teillastbereich

Aufnahmeleistung P13050 W

P2,mech

Verlustleistung eines AC-Normmotor

air gap

Verluste ACMagnetisierung 200W 80W

Kupfer 200W 120W

Zusatzverluste

Schlupf 60W 0W

Reibung

+ Umrichter ~160W 80W

EC

EC-Technik : Was macht den Unterschied ?

Wellen-leistung

Systemverluste ~620W 280W

0

25

50

75

100

125

0,05 0,10

Energiekosten [€/kWh]

En

erg

iek

os

ten

ein

sp

aru

ng

pro

Ja

hr

[€]

C A

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0

100

200

300

400

500

0,05 0,10


En

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iek

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ne

insp

aru

ng

pro

Ja

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[€]

0

50

100

150

200

250

0,05 0,10


En

erg

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ne

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ng

pro

Ja

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[€]

600W 60

0W

600W

400W

200W

400W

200W

400W

200W

2000h/Jahr 4000h/Jahr 8000h/Jahr

EC-Technik : Energiekostenersparnis

125

0,08

*Aus dem Arbeitspapier zur Ecodesign-Richtlinie 2005/32/EC für Motoren.

Mindestanforderung ab Januar 2011: IE2 (alt: EFF1) für IEC Normmotoren*

EC-Technik : Neue EC Radialventilatoren

Effizienzklassen für Motoren

inkl. Controller

ebmpapst EC Motoren erfüllen heute schon die zukünftigenForderungen in Bezug auf den Mindestmotorwirkungsgrad

EC-Technik: Reduzierung der Aufnahmeleistung durch Ventilatorabschaltung bzw. Drehzahlabsenkung

P1 ~ n³

Beispiel:8 Ventilatoren je 100W -> 800WDie Vorgabe lautet „halber Volumenstrom.“4 Stück abschalten -> 400Woderalle 8 mit halber Drehzahl ½ n -> P1 / 8 -> 100W

EC-Technik : Vorteile beim Motorgeräusch

Systemvergleich Axialventilatoren

• kein Motorgeräusch über gesamten Drehzahlbereich

•keine FU typischen Resonanzen bzw. Phasenanschnittbrummen

M3G084

M3G112

M3G150


• Bewährte Außenläufertechnologie

• Kompakte Bauform

• Drehmomentbereich von 2 bis 24 Nm

• Wartungsfreiheit

• Auslegung für >40.000 Betriebsstunden

Die Antriebseinheit

• Spannungsbereich 1~200..277VAC oder 3~380..480VAC

• 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


Die Steuerelektronik

• Erstklassiges EMV-Verhalten> Störaussendung gemäß EN 61000-6-3 (Klasse B )> Störfestigkeit gemäß EN 61000-6-2> Netzrückwirkung gemäß EN 61800-5-1

⇒ Keine geschirmten Leitungen notwendig

• Kein Motorschutzschalter notwendig, durch in der Elektronikintegrierte Schutzeinrichtungen

=> Leitungsschutzschalter ist ausreichend

• Stand-by Verbrauch < 3Watt


Die Steuerelektronik

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


Schnittstelle Allgemeines

M3G112

M3G150

Radbaugrößen 310-560 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


•RS485 Bus

•Lin. Interface: 0-10V / 4-20mA

•Versorgungsspannung 10/20V Alarm:normally open NOnormally closed NC

3~ Versorgung380...480V, 50/60Hz, PE

M3G112 / 150


V [m^3/h]

5.6005.4005.2005.0004.8004.6004.4004.2004.0003.8003.6003.4003.2003.0002.8002.6002.4002.2002.0001.8001.6001.4001.2001.0008006004002000

Pfa

[P

a]

750

700

650

600

550

500

450

400

350

300

250

200

150

100

50

0

EC-Technik : KennlinienvergleichKennlinien in Abhängigkeit von der Netzfrequenz und -spannung

R4D450 bei 480 V / 60 Hz (Drehstrommotor)EC Ventilator => 380-480 V / 50/60 Hz (eine Kennlinie)

R4D450 bei 400 V / 50 Hz (Drehstrommotor)

Volumenstrom [m³/h]

Stat. Druck [Pa]

Hygiene AusführungErhöhter KorrossionsschutzStandard

EC-Technik : AHU Varianten

ABCDEFGHJK

A B C D E F G H

J K


Der Leistungsbereich

EC-Technik :Neue EC RadialventilatorenSchnittstelle Motor-Laufrad

Laufradbefestigung minimale Laufradversperrung

Teillast bei


• Baugrößen 250 bis 560 mm

• Aluminium geschweißt

• überhöhte Boden- und Deckscheibe

• optimierte Schaufelgeometrie mitschräger Abströmkante

• hoher stat. Laufradwirkungsgrad bis 75%

• einfache Reinigbarkeit

• kein Riemen und dadurch keinRiemenabrieb, -schutz, -verluste usw.

Das Laufrad


• Lebensdauer L10 bei 40°C =>mind. 40 000 h

• keine Wartung notwendig(wie z.B. bei Riemenantrieb)

• einfacher Austausch möglich (Befestigungmit wenigen Schrauben bzw. Klemmkontakte)

• schneller Ersatz durch kurze Lieferzeiten

Betrieb und Wartung


Größenvergleich

mit EC Radialventilator

bisher

=> Kürzere Geräte , geringerer Platzbedarf


Fan Wall

Realisierung von höheren Volumenströmen

=> 2 x 10 000 m³/h bei 1000 Pa möglich

=>20 000 m³/h

=> 4 x 10 000 m³/h bei 1000 Pa möglich

=>40 000 m³/h

Vorteil: extrem kurze Bautiefe

V [m^3/h]

11.00010.0009.0008.0007.0006.0005.0004.0003.0002.0001.0000

Pfa

[P

a]

800

750

700

650

600

550

500

450

400

350

300

250

200

150

100

50

0

P1 [W

]

3.400

3.200

3.000

2.800

2.600

2.400

2.200

2.000

1.800

1.600

1.400

1.200

1.000

800

600

400

200

0

2250 W

1600 W

EC-Technik: Kennlinienvergleich

R3G450AQ0603

D3G404AA0203

EC-Freiläufer zu EC Gehäuseventilator (vorwärts gekrümmt)

6000 m³/h

Leistungsaufnahm

e [W]


stat. D

ruck [P

a]

P1

P1

Leistungsaufnahme

600 Pa

V [m^3/h]

11.00010.0009.0008.0007.0006.0005.0004.0003.0002.0001.0000

Pfa

[P

a]

800

750

700

650

600

550

500

450

400

350

300

250

200

150

100

50

0

Eta

_ges_fa

[%

]

60

55

50

45

40

35

30

25

20

15

10

5

0

61 %

44 %


R3G450AQ0603

D3G404AA0203

stat. Gesam

twirkungsgrad [%]

stat. D

ruck [P

a]


stat. Gesamtwirkungsgrad (inkl. Motor)

EC-Freiläufer zu EC Gehäuseventilator (vorwärts gekrümmt)


5300 W

4300 W

R3G500AQ1203

doppelseitig saugend,

in Spiralgehäuse,

THLZ 355W

(Normmotor)

8800 m³/h

1100 Pa


Leistungsaufnahm

e [W]]

stat. Druck [Pa]

Leistungsaufnahme

EC-Freiläufer zu Gehäuseventilator (rückwärts gekrümmt)

Vergleich Gesamtwirkungsgrad

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

1800

0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 14000 16000


stat. D

ruck [P

a]

0%

10%

20%

30%

40%

50%

60%

70%

stat. G

esam

twirkungsgrad [%

]


doppelseitig saugend,

in Spiralgehäuse,THLZ 355W

(Normmotor)

62 %

51 %

stat. Gesamtwirkungsgrad (inkl. Motor)

R3G500AQ1203

EC-Freiläufer zu Gehäuseventilator (rückwärts gekrümmt)

EC-Ventilatoren:

ERP Richtlinie: Ventilatoren >125 W

Verteilung der Wirkungsgrade anhand aktueller Radialventilatoren

Forderun

g für

2013

EC-Ventilatoren:

Ökodesign Richtlinie: Ventilatoren >125 W

Verteilung der Wirkungsgrade anhand aktueller Radialventilatoren

Forderun

g für


AC LösungEC Lösung

+ +

Systemvergleich

Kundennutzen der EC Lösung:

200-277 V, 50/60 Hz => Leistungen bis 0,75 kW

380-480 V, 50/60 Hz => Leistungen 1 bis 6 kW

=> ein Ventilator für unterschiedlichste Netze

=> ein Ansprechpartner

=> optimaler Sytemwirkungsgrad

• 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)

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 (1~200..277VAC oder 3~380..480VAC)

� Polzahlunabhängige Auslegung

• Langjährige Erfahrung im Bereich EC Technik

EC-Technik : Zusammenfassung

Elektronisch kommutierter Motor mit integrierter Elektronik

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