[发明专利]用于HVAC系统的鼓风电动机

说明书

技术领域

本发明涉及用在住宅加热、通风以及空气调节(HVAC)系统中的鼓 风电动机与控制器。具体而言，本发明的实施例涉及可被连接到用于固定 电容分相(PSC)电动机的标准电力端子的替换鼓风电动机组件，以及可 用在初始设备制造厂家(OEM)应用以及其他应用中的这种鼓风电动机组 件。

背景技术

HVAC系统效率提高已经提供了能量使用的可观减少。例如，许多高 效炉、空气调节器以及空气处理器现在具有大于90％的效率(AFUE额定 值(AFUE ratings))。然而，用于在这些系统中移动空气的鼓风电动机 尚未见到显著效率改进，并具有低得多的效率。由于炉以及空气调节器已 经变得更为高效，HVAC系统总能量消耗中归因于鼓风电动机的部分增大， 由此使得鼓风电动机成为整个系统能量使用的较大的分摊者。

当鼓风电动机超过单纯为加热和制冷所需以延长的小时数运行时，鼓 风电动机的低效率被放大。例如，通过将风扇控制开关设置在“开通”位 置，某些用户经常选择让其HVAC系统的鼓风电动机连续运行。这种循环 运行模式减小了温度分层，使得来自风管工程的初始通风最小化，改善了 湿度控制，增大了与HVAC系统结合使用的相关空气净化器的有效性。通 过选择“开通”位置，鼓风电动机连续运行，且相关联的热特性(即发热 或制冷)应恒温器的“需求”设置运行。当处于“开通”位置时，鼓风电 动机典型地以用于制冷的速度运行，即使是在恒温器被设置在加热模式的 时候。这种速度通常远远超过实现上述空气循环效果所必需的速度。这导 致过量的能量使用以及噪音。另外，在鼓风机开关处于“开通”位置的情 况下，单元不再能选择用于制冷或是加热的系统速度，而是连续地以连续 风扇速度运行。即使是在系统被设计为在多速度电动机中选择适当速度时， 例如美国专利No.4,815,524所公开，可用于鼓风机“开通”应用的速度高 于对于这种运行所必需的速度，并能带来冷点腐蚀(cold spot corrosion)， 需要在’524专利中公开的关闭周期。因此，增大的运行时间导致更大的能 量使用。

许多上面介绍的低效率来自用在HVAC系统中的鼓风电动机的类型。 按照传统，HVAC系统使用固定速度或多种速度的固定电容分相(PSC) 电动机。这些电动机一般具有两个独立的电力连接，以便提供加热或是制 冷运行模式。加热或制冷电力输入一般连接到PSC电动机中的不同的绕组 抽头，以便在相应的运行模式中为鼓风机提供在某种程度上不同的运行速 度。两个以上的抽头可被设计到PSC电动机中，允许OEM或安装者通过 抽头到相应加热与制冷电力连接的适当连接来选择运行速度。通过由恒温 器驱动的继电器以及温度开关的致动，这些AC电力连接到电动机的激励 受到控制。

用在住宅HVAC系统中的固定速度PSC电动机M1的实例在图1中 示出。在这种配置中，单相AC电源电压(一般为115VAC或230VAC) 由连接L1与N供给，其中，L1表示AC电源的高电压侧，N为中性侧， 其在典型的115VAC住宅配电系统中位于地电位。(在一般的230VAC系 统中，另一个高电压供电线可代替中性线N)。到电动机的电力受到继电 器R1和开关S1的控制，它们均被示为处于其不通电位置。鼓风机继电器 R1受到恒温器的控制。

在图1所示的位置上——其为加热运行模式的通常位置，每当风扇控 制开关S1闭合时，AC电压被供到电力输入连接L1H电动机连接。每当 热交换器中的空气温度超过预定设置点时，风扇控制开关S1闭合。对于燃 气炉系统，一旦恒温器达到触发温度，这在燃气喷嘴被来自恒温器的信号 致动后的短暂时间发生。当风扇控制开关S1闭合时，AC电力被供到电动 机M1，于是，电动机M1将启动并运行。电动机M1的速度是电动机设计、 电动机中的抽头选择、鼓风机特性以及空气动力学系统阻抗的函数。电动 机M1在风扇控制开关S1关断时停止，其在每当热交换器空气温度下降到 低于设置点时发生。

类似地，当恒温器由于制冷需求而要求鼓风机运行时，鼓风机继电器 R1闭合并对L1C电动机连接通电，因此以其制冷模式速度运行电动机。 鼓风机运行在来自恒温器的信号对鼓风机继电器R1停止通电时停止。