风机功率术语

风机的性能、效率和输出是通过交流电输入、电阻、电抗、阻抗、气动功率和输出等功率术语进行部分量化的。交流电路中的功率方程式将三种类型的功率——有功功率、无功功率和视在功率——与电阻、阻抗和电抗的标量联系起来。

回顾电路基础知识可以得知,欧姆定律、焦耳加热消耗的电能,以及有功功率分别如下:


V=IR   and   P=I2R   and   P=E2/R

其中V=电压;I=电流;P=有功功率(单位:W);R=电阻;E=电位差(单位:V)。有功功率是电机设计中可用于输出机械功的功率部分(及其固有电阻)。相比之下,无功功率表示一台电机储存和释放的功率。它的表示方法如下:

--无功:


Q=I2X=E2/X

其中Q=无功功率,X=电机-电路电抗。

最后一个用来量化风机性能的功率术语是视在功率。视在功率用伏-安表示,它是无功功率和有功功率的矢量和,即:输入到交流电机中的电压与所有输入电流的乘积:

S=I2Z    and    S=E2/Z    and     S=IE

其中S = 视在功率,Z = 总电路阻抗。

为了理解有功功率、无功功率和视在功率之间的关系,我们来考虑一个包含无功和电阻元件的负载模型应用实例。

假设我们有一个交流输入电压120 V,频率60 Hz的电路;I=1.410 A;负载L=160MHXL=60.319Ω;负载R=60Ω

在这种情况下,有功功率P = i2R = 119.365 W无功功率Q = I2X = 119.998 VAR;视在功率S = I2Z = 169.256 VA

这些值表示风机的功率因数——风机消耗的有功功率P与风机的视在功率S的比值。这就是为什么较大的VAR会导致较低的功率因数——数学上表示为向量SP之间夹角余弦ø的百分比(x 100)。

只有一个系统的总有功功率才能输出有用功。即便如此,集成风机在公共设施产品应用必须产生和分配实际的功耗——视在功率的消耗。所有的公共设施产品都衡量瓦特数,但有些还测量它们所服务设施的总功率因数


附加说明:一台低功率因数的风机可能意味着效率低下,但是记住,这些设计总是集成到包含经过处理的环境以及其他电气设备的系统中。系统的整体功率因数更具有相关性。有时,基于驱动的方法和改进其他设计元素(如基于电阻的加热方式;电源变压器;与系统布线相关的杂散电感;以及电动机子类型)可以更显着地提高装置的功率因数。一些装置受益于输入功率因数校正模块(PFC模块),这些模块将IGBT、二极管和感应磁学结合起来,以提高装置的功率因数。


我们已经概述了在行业中如何量化风机-电机能量的输入和使用。在行业中用气动功率来量化风机的输出。这表明了风机气流的有效性。ASTM International在该组织的文件ASTM F 558-13中定义了标准的AW公式:


P=0.117354∙F∙S

其中P=功率 AW);F=气流率(以ft3/minCFM表示)),S=压力(单位:in.H2O)。请注意,1 AW等于0.9983W


气动行业的丑闻与解决方案
气动功率计算的来源很有趣。对气动功率的需求源于真空吸尘器行业中的混乱和误导性的说法。几十年前,真空设备制造商用功率和马力来量化产品的性能。一些制造商扩展了功率术语的含义,并在针对非技术消费者的文献中使用其真空电机峰值马力的额定值。

当然,额定峰值马力最多持续一秒或两秒,电机就会发生损坏。在应用设计的背景下,该值相对来说是无用的。毫不奇怪,这种情况引发了针对电机性能缺陷的诉讼。为了应对这一趋势,并防止普遍存在的误解,美国材料测试学会(ASTM)建立了标准空调器的表达式,以量化真空吸尘器的性能。今天,整个气动行业都使用气动功率的量度—— 以及以英寸水柱为单位的流量与真空CFM

 

那么,气动功率方程式中的0.117354因子的来源是什么?事实上,该值是基于ASTM的标准化参数。功率是一段时间内的做功比率:P=F·v,其中P=功率;F=力;V=速度,英尺/分。空气动力是工作时的净时间速度(以W为单位)通过在设定的空气阻力下通过单位在气流上消耗能量:AP=745.7/33000 F·v,其中AP=气动功率;F=气流通过孔口产生的力,磅。

 

常数745.7/33000保持单位:


1
= 33,000英尺·745.7 min.

对于通过固定孔口的气流:

F=112phsA


其中F=通过孔口的气流产生的力,磅;p=水在68°F62.3205  lb/ft3条件下的密度;hs=标准条件下的压差,in.H2OA=孔口横截面积,ft21/12常数保持单位:

F (lb)=1 ft/12 in.(p)lbft/3hs(in.) A (ft
2)

空气流速为V=Q/A,其中气流通过孔口的速度为ft/minQ=标准空气密度和温度下的流量,CFM(而不是风机电力方程式中的无功功率)。将方程式代入空气流速表达式,我们得到p=62.3205 lb/ft3AP=0.117354 hs·Q——由此得到方程式中的0.117354因子来计算气动功率。


power terms image


TRUE. REACTIVE AND APPARENT POWER:有功功率、无功功率和视在功率

LOAD:负载

TRUE POWER:有功功率

REACTIVE POWER:无功功率

APPARENT POWER:视在功率

INPUT OF 120V AT 60HZ:输入120V/60Hz