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地源熱泵系統中的電機效率問題

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高效率電機問
 
在地源熱泵系統中所采用的各類電機,按照電機工作效率可以分為兩類:標準效率電機和高效率電機。高效率電機與標準效率電機相比,根據功率的不同,其效率可高出2到10個百分點,高效率電機是通過更好的設計和采用可以減少損耗的特殊材料來實現的,但價格大約要超過標準效率電機的10%~30%,因此在全世界出售的電動機中只有1/5是高效率電機。電機效率是機械功率輸出與電源輸入功率的比值,通常以百分比表示,圖1給出了標準電機與高效率電機之間存在的差別,通過改進的設計材料和技術生產的高效率電機能夠在單位耗電量中產生更多的功。
 
一般情況下,高效率電機通常具有高的負載系數、更好的絕緣和耐壓以及低發熱量和較小的振動,從而增加了可靠性。高效率電機必須具備等于或者超過美國國際電器制造業協會(NEMA)所規定的普通電機滿負載效率。換句話說,一臺電機效率必須等于或者超過NEMA高效率電機滿負載工程效率值時才能稱為高效電機。一臺高效率電機的成本取決于:電機價格、效率、使用時間、安裝和檢修的費用以及人工費等。高效率電機的額外購置費用可通過節省運行費用,迅速收回成本,通常高效率電機額外的費用支出可以通過兩年的運行節省下來的能耗費來抵消。例如,假定50hp、負載因數75%的電機每年運行超過4000h,電費為$0.04/kWh,一個改進點可節省4079kwh或者每年163美元。因此,一臺高效率電機,通過4%的效率改進,兩年可比標準電機節省1304美元,基本滿足兩年回報標準。
 
電機轉速與負載的關系問題
 
離心式泵和風機負載對速度變化極其敏感,轉速僅僅增加5r/min就能導致流速和能耗顯著增加,效率降低。所以替換一臺泵或者風機時,必須選擇滿負載轉速等于或者低于被替換電機的轉速。驅動風機的離心電動機上的功率與轉速的立方成正比。例如,若電機轉速由1740r/min增加到1760r/min,雖然僅僅增加了20r/min,卻要增加3.5%的功耗,同時風量或者水量也會隨著速度的平方變化。轉差和轉速依賴于負載,這可使不同的電機驅動相同的負載成為可能,例如100hp電機輸出25%額定功率時,可以用一臺50hp或者更低馬力電機代替,只不過此時的功率為50hp的50%,或者是40hp的62.5%,30hp的83%電機,25hp的滿載輸出。當電機負載逐漸增加時,轉速會降低,滿載時轉速為滿載轉速,因此,皖電電機提示,只有較低速度或較大負載的電機能以接近同步轉速方式運行,用較小功率的滿載高效電機以接近同步轉速的速度工作,代替原來功率較大但低速運行的電機,可以明顯地節省運行費用。
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