REPORTAGE
Cool and Comfort 71 – november 2016
EC-ventilatoren met actieve Power Factor Correction (PFC) voor fancoilunits
Actief tegen harmonischen
Het is geen gemakkelijke taak voor producenten van fancoilunits (ook wel ventilatorconvectoren genoemd) om een geschikte ventilator te selecteren. De ventilator moet zo min mogelijk geluid maken, het juiste vermogen kunnen leveren en passen in de behuizing. Ook de motor die gebruikt wordt, moet voldoen aan de eisen van de applicatie, aangezien de motor een groot effect heeft op het energieverbruik van de toepassing. Afhankelijk van de applicatie kunnen ook andere producteigenschappen belangrijk zijn, zoals de Power Factor. Als meerdere EC-ventilatoren in parallel opgesteld worden, kan actieve Power Factor Correction (PFC) ervoor zorgen dat ongewenste harmonischen worden voorkomen en aan de EMC EN 61000-3-2 richtlijnen wordt voldaan, zonder dat andere aanpassingen nodig zijn.
Fancoilunits die in kantoren, hotelkamers of openbare ruimten worden ingezet, worden vaak niet los ingezet, maar met meerdere ventilatoren parallel toegepast. De toegepaste techniek waardoor de ventilator energie-efficiënt is, kan in bepaalde gevallen echter ook invloed hebben op het elektriciteitsnetwerk. Door de pulsvormige stroomopname van de EC-ventilatoren kunnen harmonischen ontstaan die het elektriciteitsnetwerk belasten. Indien er meerdere EC-ventilatoren parallel worden opgesteld, bestaat de kans dat de toegestane limieten van de EN 61000-3-2 richtlijnen overschreden worden. Dit kan dus een negatief effect hebben op andere apparaten of het gehele stroomnetwerk.
Dure maatregelen voorkomen
Om de problemen verhelpen, kan de gebruiker de blinkstroom compenseren en voor centrale filtering zorgen. Dit is echter erg duur en vereist extra inbouwruimte, die meestal al schaars is. Aangezien de harmonischen effect hebben op het interne stroomnet, moet er ook aandacht geschonken worden aan de bekabeling. Nieuwe bekabeling kan nodig zijn bij het vervangen van conventionele fancoilunits als die niet voorzien zijn van actieve PFC. In de praktijk komt het vaak voor dat de nieuwe bekabeling moeilijkheden met zich meebrengt of zelfs onmogelijk blijkt te zijn, bijvoorbeeld om economische redenen. In dat geval zou ook een extra filter toegevoegd kunnen worden aan elke ventilator, maar ook dit is vaak een dure zaak en daarbij is het maar de vraag of dit het probleem daadwerkelijk verhelpt.
Als oplossing voor deze ongewenste harmonischen heeft ebm-papst Mulfingen een actieve PFC in de elektronica van centrifugale EC-ventilatoren geïntegreerd (figuur 1). Deze actieve PFC zet de pulsvormige stroomopname van de EC-motoren om in een zuivere sinusvormige stroomopname. Ook wordt de positie van deze sinus zodanig verschoven dat hij weer in fase is met de spanning. Dit verlaagt de harmonischen significant. De gevraagde extra stroom wordt tot een minimum teruggebracht. Hierdoor is het niet nodig om dikkere kabels te gebruiken. Figuren 2 en 3 laten zien hoe dezelfde ventilatoren in een identieke situatie werken met (figuur 3) en zonder (figuur 2) actieve PFC. Problemen met harmonische stromen en energieverliezen in de vorm van blindstroom zijn hierdoor verleden tijd. Zo wordt er voldaan aan de EN 61000-3-2 richtlijnen, zonder extra maatregelen.
Figuur 1: De EC-centrifugaalventilatoren zijn beschikbaar in enkele, dubbele en driedubbele uitvoering, met een vermogensbereik tot 250 W en luchtopbrengsten tot 2.500 m3 per uur.
Figuur 2: Zonder actieve Power Factor Correctie (onregelmatige stroomopname weergegeven in rood): PFC λ=0.53. Het resultaat: de piek verstoort het net. De spanning is weergegeven in blauw.
Figuur 3: Met actieve Power Factor Correctie (sinusvormige curve weergeven in rood): actieve PFC λ=0.99. Idealerwijs heeft de gecorrigeerde stroom dezelfde vorm als de netspanning. De spanning is weergegeven in het blauw.
Geluidsarm en energiebesparend
De EC-centrifugaalventilatoren hebben meer voordelen te bieden. Fancoilunits draaien vaak voor langere periodes. Hierdoor maakt een betere energie-efficiëntie een enorm verschil. De EC-motoren verbruiken tot 70% minder energie dan traditionele AC-motoren, wat de gebruikskosten aanzienlijk verlaagt (figuur 4). Vanwege deze hoge efficiëntie hoeft er maar weinig warmte afgevoerd te worden, wat natuurlijk een groot voordeel is als de unit wordt ingezet voor koeling. De geringe warmteontwikkeling draagt bij aan de levensduur van de kogellagers. EC-technologie draagt vanzelfsprekend bij volledige capaciteit bij aan energie- en kostenbesparingen, maar met name ook in deellast zijn EC-motoren uiterst efficiënt en effectief. Juist op lage snelheden is de energiebesparing dus noemenswaardig.
De EC-centrifugaalventilatoren zijn beschikbaar in enkele, dubbele en driedubbele configuraties, met luchtopbrengsten tot 2.500 m3 per uur. Het vermogensbereik loopt tot 250 W. Alle types zijn ontwikkeld met de gedachte om geluidsarm te opereren. Daarnaast zijn de types compact en plug-and-play. De ventilator kan gemonteerd worden op de montageflens en verbonden worden via een connector. De behuizing is volledig van kunststof, waardoor de ventilator bijzonder licht, duurzaam en geluidsabsorberend is. In combinatie met het aerodynamisch geoptimaliseerde ontwerp zorgt dit voor een zeer laag geluidsniveau.
Voorzien in verschillende behoeften
Opdat de gebruiker alleen zou hoeven te betalen voor de techniek die hij nodig heeft, is er naast de standaard versie en de versie met actieve PFC, ook een basic variant. De basic variant biedt alle voordelen van de GreenTech EC-techniek en is toepasbaar in applicaties waarin een PWM-signaal toereikend is. De EC-centrifugaalventilatoren zijn beschikbaar voor diverse soorten fancoilunits. Tevens zijn ze ook geschikt voor andere applicaties met vergelijkbare specificaties (figuur 5). Zo kunnen ze bijvoorbeeld dienen als luchtgordijnen in supermarkten of fabriekshallen.
Figuur 5: De EC-centrifugaalventilatoren zijn ideaal voor toepassingen in fancoilunits.
Door Tijs de Bruin, productmanager bij ebm-papst en Denise van Roosmalen, marketing en communicatie bij ebm-papst
Foto’s: ebm-papst