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地源热泵系统中的电机效率问题

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高效率电机问
 
在地源热泵系统中所采用的各类电机,按照电机工作效率可以分为两类:标准效率电机和高效率电机。高效率电机与标准效率电机相比,根据功率的不同,其效率可高出2到10个百分点,高效率电机是通过更好的设计和采用可以减少损耗的特殊材料来实现的,但价格大约要超过标准效率电机的10%~30%,因此在全世界出售的电动机中只有1/5是高效率电机。电机效率是机械功率输出与电源输入功率的比值,通常以百分比表示,图1给出了标准电机与高效率电机之间存在的差别,通过改进的设计材料和技术生产的高效率电机能够在单位耗电量中产生更多的功。
 
一般情况下,高效率电机通常具有高的负载系数、更好的绝缘和耐压以及低发热量和较小的振动,从而增加了可靠性。高效率电机必须具备等于或者超过美国国际电器制造业协会(NEMA)所规定的普通电机满负载效率。换句话说,一台电机效率必须等于或者超过NEMA高效率电机满负载工程效率值时才能称为高效电机。一台高效率电机的成本取决于:电机价格、效率、使用时间、安装和检修的费用以及人工费等。高效率电机的额外购置费用可通过节省运行费用,迅速收回成本,通常高效率电机额外的费用支出可以通过两年的运行节省下来的能耗费来抵消。例如,假定50hp、负载因数75%的电机每年运行超过4000h,电费为$0.04/kWh,一个改进点可节省4079kwh或者每年163美元。因此,一台高效率电机,通过4%的效率改进,两年可比标准电机节省1304美元,基本满足两年回报标准。
 
电机转速与负载的关系问题
 
离心式泵和风机负载对速度变化极其敏感,转速仅仅增加5r/min就能导致流速和能耗显着增加,效率降低。所以替换一台泵或者风机时,必须选择满负载转速等于或者低于被替换电机的转速。驱动风机的离心电动机上的功率与转速的立方成正比。例如,若电机转速由1740r/min增加到1760r/min,虽然仅仅增加了20r/min,却要增加3.5%的功耗,同时风量或者水量也会随着速度的平方变化。转差和转速依赖于负载,这可使不同的电机驱动相同的负载成为可能,例如100hp电机输出25%额定功率时,可以用一台50hp或者更低马力电机代替,只不过此时的功率为50hp的50%,或者是40hp的62.5%,30hp的83%电机,25hp的满载输出。当电机负载逐渐增加时,转速会降低,满载时转速为满载转速,因此,皖电电机提示,只有较低速度或较大负载的电机能以接近同步转速方式运行,用较小功率的满载高效电机以接近同步转速的速度工作,代替原来功率较大但低速运行的电机,可以明显地节省运行费用。
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