暖通空调服务承包商每天都会遇到出现故障的风扇电机,可能是时候为对节能感兴趣的客户储备更换设备了。

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我知道我这听起来像是一个破纪录,因为我在之前的文章中多次说过这一点,但 1973 年是针对能源使用设备的规范性最低能源性能标准 (MEPS) 的关键一年,不仅在暖通空调行业,但几乎所有其他行业也是如此。

美国对欧佩克国家当年实施的石油禁运感到震惊,立即开始了节能运动。最初的一项裁决要求所有联邦建筑物将降温季节条件设置为 78F (25.5C) 和 50% RH。国家能源独立成为效率倡议的驱动力,当然,直到气候变化出现。

暖通空调行业并不是故意降低效率的。我认为检查所采取的路线并怀疑如果没有政府的坚定推动,是否会存在 97.5% AFUE 燃气炉这样的东西是公平的。

不舒服的空调

关于暖通空调效率的话题,我在 YouTube 上看到了一个热闹的视频,其中播放了 1950 年代的喜剧二人组 Bob 和 Ray 的旧广播节目,他们表演了一个名为“ Wally Ballou at AC Factory ”的片段(听一听)。在草图中,他们让沃利采访了虚构的不舒服空调公司总裁马丁·莱珀特先生。

有一次,莱珀特先生告诉沃利,他最好的客户是汽车旅馆老板,需要确保他们的客户在适当的退房时间离开。一位汽车旅馆老板的结账时间是上午 10 点,但中午过后有太多顾客不理会。所以他安装了 Uncomfortable Air Units,现在“几乎没有人在早上四点多呆在那里,这个地方到 6 点钟就空无一人了。”

现在这很有趣,但它指出了一个挥之不去的问题,因此即使是高效的单位也可能被误用或操作不当。

即使是 Leppert 先生古怪的交流装置也需要电动机来完成繁重的工作——提供“38 节的风速”。鲍勃和雷的模仿对冷却系统有很多话要说,特别是在餐厅、礼堂或剧院等公共场所,让顾客瑟瑟发抖而不是享受良好的空间。

中央空调

从 1970 年代后期开始,住宅燃气和石油熔炉成为在中央供暖房屋中移动较冷的空调空气的工具。较旧的强制暖风设备从不打算通过其毫无戒心的管道系统分配较冷(密度较大)的空气。

有时在没有事先实验数据的情况下混合信号,冷却系统安装人员通常会被告知安装更强大的风扇电机以及通常设置为 4 英寸的可调电机皮带轮。直径。提高一些早期离心鼓风机的速度几乎没有改善通过膨胀的热交换器、众所周知的小型蒸发器盘管和通过紧密管道系统的气流。

炉子 OEM 通常提供四分之一马力、115 伏、分相交流电机。通常,四分之一马力的马达会被第三马力的马达和前面提到的 4 英寸马达取代。电机皮带轮或驱动滑轮。理想情况下,在降炉维护期间,驱动绳轮应该打开几圈以减慢风扇速度,从而增加炉温上升。

随着中央冷却变得越来越流行,熔炉制造商开发了更适合附加冷却系统的熔炉和空气处理器;那个时代最重要的改进之一必须是包含永久分裂电容器 (PSC) 电机的直接驱动风扇组件。没有更多的皮带或皮带轮与多个电机速度分接头相结合,这意味着可以根据加热和冷却需求调整风扇速度。下面的图 1 和图 2 显示了弹性安装 PSC 电机驱动组件。

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弹性安装永久分离电容器 (PSC) 电机驱动组件。

PSC 电机打滑

PSC 鼓风机电机几十年来一直提供良好的服务。然而,PSC 电机最多可以将大约 65% 的电力输入转换为机械功。

PSC 电机存在异步对准问题,即转子始终滞后于定子中的磁场。被称为打滑,这意味着例如六极 PSC 电机应以 1200 rpm 的速度旋转。

公式为:同步电机 rpm = 交流频率 (Hz) x 120,然后除以电机的极数。

因此,60Hz x 120 = 7,200/6 应该导致 1,200 rpm;然而,打滑意味着电机以 1,075 rpm 的速度转动。

过多的废热是打滑的副产品。PSC 电机突然开始增加内部电机组件的压力和空气处理系统的噪音。多抽头 PSC 电机必须与应用仔细匹配,因为速度可能只有很小的变化。

告别 PSC 电机

2014 年,美国能源部 (DOE) 制定了风扇效率等级 (FER),要求炉子制造商将风扇用电量降低 40%。FER 标准于 2019 年 7 月 3 日生效。

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恒转矩电机 (CTM) 24 伏端子示例。

从那时起,住宅燃气炉和空气处理机配备了功率较低的电动换向电机 (ECM) 或恒转矩电机 (CTM)。为了帮助减轻负担过重的电网,能源部估计仅高效的炉风扇就可以节省大约 3.99 平方千米的电力,从而到 2030 年为消费者节省超过 90 亿美元的电费。

自 2019 年 7 月 FER 评级标准开始实施以来,HVAC 行业 OEM 已在熔炉和空气处理机中采用 CTM(也称为无刷直流电机,或其原始名称为 X13 电机)。

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典型的 CTM 控制器内部一览。

CTM 由计算机控制并围绕恒定扭矩原理进行优化。制造商测试他们的熔炉和空气处理机设计,准确了解电机必须提供多少扭矩才能使离心鼓风机在所有额定条件下移动必要的空气量。

收集的数据被编程到电机计算机中。CTM 与 PSC 电机相比具有多项优势,并且具有与更复杂的变速 ECM 相似的特性。

  • CTM 具有相同的 ECM 效率。
  • 使用永磁转子。
  • CTM 模块从线电压创建三相电源转换。
  • 具有软启动能力。
  • 使用更简单的界面。
  • 一直接收线电压。

主要区别:

  • CTM 不倾斜,灵活性较差,提供由施加到特定终端的低电压确定的固定气流。
  • 无法编程为在加热模式下启动热泵提供除湿模式或降低速度。
  • CTM 接收来自控制板的 24 伏开启信号。

电子换向电机 – ECM

由通用电气在 90 年代后期开发的 ECM 已成为提高住宅 HVAC 空气处理设备效率和更灵活操作的黄金标准。ECM 具有一长串功能:

  • 与 CTM 共享,这些电机像工业 3 相电机一样缠绕,带有计算机“决定”在正确的时间为哪个绕组供电,从而优化效率。
  • 转子由三个永磁体组成;在创建电枢磁场时不会浪费能量;低转子损耗意味着几乎没有打滑。
  • 电机计算机安装在一个可更换的模块中,可以在广泛的应用范围内控制扭矩;在最低和最高设置之间提供更广泛的气流。
  • 电机计算机“知道”转子位置,无需机械电刷和换向器即可进行控制。
  • 电机轻柔启动,然后斜升至合适的速度。
  • 与炉风扇一起使用的 ECM 经过优化,可在外部静压因某种原因发生变化时提供恒定的风量。

快来获取您的 ECM!

由于 X13、CTM 和 ECM 是带有永磁转子的无刷三相直流电机,我将它们都简称为 ECM。谁不想要如此高效的电机来驱动住宅中央空调系统?

Genteq Evergreen、Mars Azure Digi-Motor 和 Nidec Rescue Select Pro 等电机制造商提供 PSC 到 ECM 现场升级,可用于配备 PSC 的熔炉和空气处理机。

事实上,暖通空调服务承包商每天都会遇到故障 PSC 风扇电机,随着供暖季节的到来,可能是时候为对节能感兴趣的客户储备几台更换设备了。

电机制造商提供出色的功能,请研究产品详细信息表以了解这些细节:

  • 旨在取代直接驱动炉电机,而不是皮带风扇应用。
  • 可替代 PSC 或 X13 电机。
  • 具有自动调整大小模式,在测量 ESP 的操作 90 秒后,它会自动为每个速度分接头分配扭矩值。
  • 可以添加一个可选的 PWM 变速控制器以允许 2 个速度锅(一个加热,一个冷却),并允许将电机速度设置在 350 rpm 和 140 rpm 之间的各个点。
  • 电机是可逆的。
  • 具有双电压能力(115 或 230 VAC)的标准舷外浪涌保护器。
  • 预编程选项以匹配 OEM 配置文件。
  • 蓝牙或近场技术允许直接编程、定制气流和实时诊断。

值得追加销售吗?

价值主张应该是双向的;一个伟大的项目,为承包商创造额外收入,同时实现更好的性能、更少的噪音和为房主减少能源费用的承诺。

再次感谢 YouTube,电机制造商制作了许多关于如何用 ECM 替换 PSC 电机的有用培训视频。但是,我认为受过专业培训的技术人员精通不合格空气处理系统的异常情况,应该能够认识到功能失调的管道系统不值得升级电机效率。

那么,会出现什么问题呢?通过管道系统输送空气等商品是一项工作——大量工作。一立方英尺的空气重约 0.075 磅。每分钟移动 1,000 立方英尺空气的鼓风机将移动 0.075 x 1000 = 每分钟 75 磅的空气或每小时 4,500 磅(2.05 公吨)的空气。

假设脏空气过滤器将进入鼓风机的空气限制为 50%,即每分钟 37.5 磅。PSC 电机卸载后,它去度假,减少工作量:电流消耗减少。

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显示不同额定外部静压下读数的制造商图表示例。

上图显示了安装在限制性管道系统中的变速 ECM 会发生什么。请注意制造商额定外部静压 (ESP) 为 0.5 英寸 wc 时使用第一阶段可能的最低加热速度的电机瓦特与在 0.9 英寸过度限制系统中使用的瓦特之间的差异。厕所

在这种情况下,气流仅减少了 2.7% (745 cfm – 725 cfm = 19cfm),但电机功率增加了 55%。

恒定体积的 ECM 将在徒劳的尝试中增加以维持程序化的气流。空气不足的 ECM 动力风扇只会以更高的速度移动他们可以获得的任何空气量,从而产生更多噪音。

ECM 通常被宣传为一种轻松克服气流问题的方法,通常在二流管道系统中远远超过额定铭牌的最大外部静压。期望低电费的房主可能会注意到在高功率下的持续运行。

最后,我们都很幸运,Leppert 先生虚构的 Uncomfortable 空调公司在这附近没有承包商部门,然而,太多的 HVAC 系统可能符合 Uncomfortable 的标准。

进行转换

在孤立的住宅应用中更换 PSC 电机时,技术人员需要进行基本的系统健康测量,然后提出一些重要问题:

  • 上一次清洁炉鼓风机、二级换热器和蒸发器盘管是什么时候?
  • 空气过滤器多久维护一次?
  • 整个房子的系统是否嘈杂?
  • 您对自己的舒适条件不满意吗?
  • 您愿意与我公司签订维修协议吗?

对上述问题的太多负面反应可能意味着 PSC 电机将成为最佳替代方案。

更好的是,这样的系统应该会触发一个销售机会来更换炉子和修理空气处理系统,这样一个装备精良的炉子或利用最新 ECM 技术的空气处理机可以为房主提供最好的价值。

PSC 到 ECM 的转换技巧

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要将弹性安装 PSC 电机转换为 ECM,将需要售后市场腹带电机安装架。各种电机制造商都提供附件腹带电机安装套件。最好使用同一电机制造商生产的安装套件。

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安装在空气处理机中时,电机应将连接器朝下放置在 4 点钟和 8 点钟位置之间,线束形成滴水环。

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在这个 OEM 鼓风机装置上,看到电机连接线束朝下,滴水环。滴水环可防止鼓风机室中的水从上方滴入电机电子设备。

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电机插入深度很重要。安装替换腹带支架时,请遵循制造商的说明。电机插入风扇太深或不够深,可能会导致鼓风机叶轮摆动,从而导致噪音、振动和可能的叶轮故障。

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