Die Geschichte der Entwicklung von Elektromotoren ist mehr als 180 Jahre alt. In dieser Zeit wurden viele technische Lösungen entwickelt, die die Mechanisierung einer Vielzahl von Arbeiten ermöglichten, die früher nur mit menschlicher Muskelkraft ausgeführt wurden.
Die Entwicklung von Elektromotoren begann mit der Entdeckung des Phänomens der elektromagnetischen Induktion. Sie wurde zur Grundlage für die Entwicklung eines Gleichstrommotors und für die Konstruktion eines Generators. Die Entwicklung elektrischer Maschinen führte 1884 zur Erfindung des Transformators. Zunächst wurde ein Wechselstrom-Asynchronmotor entwickelt (zuerst mit zwei, dann mit drei Phasen), dann ein Synchron-Wechselstrommotor.
EC-Motor als Kombination aus Wechselstrom- und Gleichstrom-Motoren
Elektromotoren sind ideal für den Antrieb von Ventilatoren verschiedener Typen. Von Standard-Axial- über Radialventilatoren bis hin zu Speziallösungen für die anspruchsvollsten Anwendungen. Die Entwicklung von Ventilatoren wäre ohne die Entwicklung von Elektromotoren nicht möglich gewesen. Viele Jahre lang wurden Wechselstrommotoren zur Steuerung von Ventilatoren eingesetzt. Sie sind erschwinglich, werden serienmäßig hergestellt und können vor allem direkt aus dem Stromnetz gespeist werden. In vielen Anwendungen (insbesondere in der Elektronik) ist der Einsatz von Wechselstrommotoren jedoch nicht sinnvoll. Die gesamte Elektronik basiert auf konstantem Strom. Daher müssen Lüftermotoren für elektronische Komponenten mit der gleichen Gleichspannung versorgt werden.
In einem bestimmten Entwicklungsstadium begannen jedoch die Wirtschaftlichkeit und der Energieverbrauch von Geräten eine immer wichtigere Rolle zu spielen. Es gibt ein System zur Standardisierung der Energieeffizienzklassen von Geräten, das die Hersteller dazu zwang, nach Lösungen zu suchen, die den Energieverbrauch eines bestimmten Komplexes von Elementen senken. Bekanntlich haben Wechselstrommotoren eine große Aufnahmeleistung. Gleichstrommotoren sind hingegen sehr sparsam, was ihren Energieverbrauch angeht. Dank dessen kam man auf die Idee, Wechselstrommotor und Gleichstrommotor miteinander zu verbinden, so dass die Neukonstruktion alle Vorteile der beiden vorherigen Lösungen hatte.
EC-Motoren verfügen über ein elektronisches Drehzahlregelsystem (Kommutierungskreis), mit dem der Ventilator die optimale Drehzahl aufrechterhalten kann. Diese Motoren sind Synchronmotoren, d. h. sie sind schlupflos. Dank dieser Eigenschaften sind sie ideale Motoren für den Antrieb von Ventilatoren. Diese Motoren sind auch über den gesamten Drehzahlbereich leiser und da die Betriebstemperatur ihrer Rotoren viel niedriger ist als die ihrer herkömmlichen Wechselstrom-Gegenstücke, zeichnen sie sich durch eine viel längere Lebensdauer und größere Zuverlässigkeit aus.
Konstruktion und Steuerung von EC-Motoren
Das Gerät besteht aus einem Rotor mit Permanentmagneten und einem Stator mit Wicklungen. Das Drehmoment am Rotor ergibt sich aus der Wechselwirkung der von diesen Elementen erzeugten Magnetfelder. Die Statorwicklungen können im Dreieck- oder Sternmuster verschaltet sein. Zu bestimmten Zeiten kann der Strom nur durch zwei Phasen fließen, die durch gegenüberliegende Wicklungen gebildet werden. Bei drei Phasen erhöht sich die Anzahl der Kombinationen auf sechs. Da die Konstruktion von BLDC-Motoren auf elektronischer Kommutierung basiert, wurden Elemente wie Kommutator und Bürsten aus diesen Motoren entfernt. Die Reihenfolge der einzelnen Schaltwicklungen hängt von der aktuellen Position des Motorrotors ab.
Die Steuerung von EC-Motoren ist nur möglich, wenn ein leistungsstarkes Steuergerät verwendet wird und die Steuerung der Rotorposition wieder im Unterbrechungssystem ist.
Unterschiede zwischen Motoren für Ventilatoren
Der Hauptunterschied zwischen Drehstrom- und Gleichstrommotoren ist schon am Namen erkennbar: Gleichstrommotoren werden mit Gleichstrom betrieben, Wechselstrommotoren hingegen mit Wechselstrom.
Obgleich Wechselstrom- und Gleichstrommotoren die gleiche Funktion haben, werden sie unterschiedlich hergestellt, konstruiert und gesteuert. Der grundlegendste Unterschied ist die Energiequelle. Wechselstrommotoren werden durch Wechselstrom, und Gleichstrommotoren mit Gleichstrom aus Batterien, Gleichstromquellen oder einem Gleichstromwandler angetrieben.
Gleichstrommotoren sind mit Bürsten und Kommutatoren ausgestattet, die mehr Wartung erfordern, die Drehzahl verringern und für gewöhnlich die Lebensdauer der Motoren verkürzen. EC-Induktionsmotoren verwenden keine Bürsten, sind sehr widerstandsfähig und haben eine lange Lebensdauer. Der letzte grundlegende Unterschied ist die Drehzahlregelung. Die Drehzahl des Gleichstrommotors wird durch Ändern des Wicklungsstroms gesteuert, während dies beim Wechselstrommotor durch Ändern der Frequenz, meist mit Hilfe einer Frequenzsteuerung, geschieht.
Welche Vorteile haben EC-Motoren?
Der große Vorteil von EC-Motoren ist die Möglichkeit, die Stärke des Luftstroms durch Drehzahlsenkung zu verringern, ohne dass der Motor dabei seinen hohen Wirkungsgrad verliert. Herkömmliche Wechselstrommotoren arbeiten nur bei Nenndrehzahl mit maximalem Wirkungsgrad, bei niedrigeren Drehzahlen nimmt dieser schnell ab. Da Lüftungsgeräte meist in einem kleinen Luftstrombereich arbeiten, sind durch EC-Motoren erzielte Energieeinsparungen sehr wichtig.
EC-Motoren werden auch zur Rekuperation eingesetzt. Ein Lüftungsgerät mit Ventilatoren und EC-Motoren ermöglicht eine präzise Regelung, z. B. die Schaffung von 10 % Überdruck im Gebäude. Ein solcher Überdruck gewährleistet einen stabilen Betrieb des Kamins, selbst wenn wir Holz nachlegen. Es besteht also keine Gefahr, dass Rauch ins Zimmer dringt.
Vergleich von EC-Motoren mit anderen Typen
EC-Motoren haben viele Vorteile gegenüber Bürsten- und Induktionsmotoren:
- EC-Motoren können aufgrund der Eigenschaften eines flachen Drehmoments und der regulierbaren Motordrehzahl bei Nennlast mit unterschiedlichen Drehzahlen arbeiten
- hoher Wirkungsgrad und Effektivität der Motoren
- einfacher Anschluss ans Stromnetz
- kleinere Motorgröße bei gleicher Leistung
- niedrigerer Energieverbrauch
EC-Motoren werden zunehmend von Herstellern in verschiedenen Branchen eingesetzt, wie zum Beispiel:
- Haushaltsgeräte (Ventilatoren, Waschmaschinen)
- Kühlung (Kühlvitrinen, Industriekühlschränke)
- Transportwesen
- Unterhaltungselektronik
- Industrielle Automatisierung
Mit EC-Technologie hergestellte Deckenventilatoren werden zunehmend sowohl in der Industrie als auch in Haushalten eingesetzt. Sie haben viele Vorteile. Unter anderem ermöglichen sie eine Reduzierung des Energieverbrauchs um bis zu 50 % bei gleichzeitiger Steigerung der Effizienz. Einschränkungen betreffend den Stromverbrauch einzelner Geräte in naher Zukunft werden jedoch dazu führen, dass EC-Motoren in den meisten modernen Geräten eingesetzt werden. Die Folge dieses Prozesses sind niedrigere Betriebskosten für die Endnutzer der Geräte.