图1：电机类型的比较。PSC（左上），SP（右上）和ECM（下面）。
几年来，商业制冷行业一直在慢慢接受了能源效率设计的安静革命。这将以迅速增加的步伐继续。
在这一过程中的一个元素是作为蒸发器风扇的小型风扇电机，以及在某种程度上作为独立制冷机组的压缩机风扇。这些是小型电动机，输出功率从1瓦到50瓦不等。虽然单个电机的功率使用量很小，但在一个典型的超市里，有超过100台这样的电机。除了较短的除霜周期外，许多这些电机每天24小时，每周7天连续运行。由于食品变质的高成本和服务故障所需的人工，这些电机还必须是可靠的，能够使用多年。
多年来，这些要求实际上决定了单相屏蔽极(SP)感应电动机的使用。SP电机具有简单、可靠、初始成本低的优点，但其能源效率只有15% ~ 30%，这是一个真正的缺点。随着能源成本的增加，永久分裂电容(PSC)电机的能源效率在35 - 50%之间，成为一个有吸引力的替代方案。
随着固体电子学的最新进展，无刷直流电机(BLDC)，被称为各种各样的ECM(电子换向电机)或SSC(固态换向电机)，已经成为一个实用的替代方案。ECM的初始成本要高得多，但制造商声称其65 - 75%的能源效率在不到一年的时间内就能节省成本。
ECM的电子控制器还提供了新的性能增强和功能，这是感应电机无法提供的。
图2:三种常见制冷电机设计的效率特征
对感应电动机
SP和PSC都是感应电动机的类型。基本上，它们由缠绕在钢定子(电机的固定部分)上的铜线线圈和通过钢转子(电机的旋转部分)铸成孔的铝线组成。交流电流通过定子线圈，并且通过对每种电机的技术独特的技术，这些电流产生旋转磁场，该旋转磁场引起转子导体中的电流。这些感应电流在转子中设置磁场，并且这两个磁场的相互作用产生电动机扭矩。引起转子电流所需的相对较高的定子电流在定子纤维丝线电阻中产生热量，并导致效率降低。
SP和PSC电机都是典型的四极电机，为了获得最佳效率，它们的转速范围被限制在1,700至1,300转。速度随负载和电力线电压和频率的变化而变化。SP电机不能很容易地反转，但许多PSC电机可以。双速操作是可能的，但效率低于正常。
*保守地假设案例每天运行23小时，每年360天，全年总运行时间为8280小时。
关于ECM电机
由于直流电流提供给定子绕组，在ECM电机中不可能建立一个真正的、平滑的旋转磁场。相反，它依赖于将电流转换成定子绕组，这样磁场就会以离散的步骤围绕定子移动。转子上装有永磁体。当转子磁铁接近与通电极面对齐时，到该绕组的电流关闭，并在下一个绕组中打开。就像灰狗在轨道上追逐机械兔子，却永远抓不到它一样，转子也会追逐电机周围的绕组电流。在ECM设计中，转子的磁场由永磁体提供“无能量”。ECM电机可以设计为在任何速度下高效运行。当应用程序需要更多的气流，但没有空间容纳更大的风扇时，这可能非常重要。
ECM在60hz或50Hz下的表现完全相同，运行速度相同，提供相同的气流。它将不再需要接受不同的性能水平或重新设计出口机组的风扇组件。与采购和库存两个不同的单位相关的成本将消失。
许多速度控制ECM电机提供容易实现的换向或双速操作。压缩机关闭时，将蒸发器风扇转速降至较低值，可显著节约能源，同时保持空气循环，避免热点。风扇叶片在每分钟1000转时需要的功率约为1550转时的25%。法规已经要求在某些具体应用中采用这种操作方式。在许多情况下，这些速度和方向的改变可以在一个定时的基础上与电机本身提供的定时功能。在应用控制下的变速操作可用于一些高输出电机，并可能在未来扩大到低输出电机。
恒速操作也提供了与线路电压变化一致的气流。一个合适尺寸的ECM可以提供相同的空气流量，当操作在208 VAC或230 VAC，消除了库存不同的电机或接受较低的性能在208 VAC。
复杂性、成本和可靠性
图1 提供电机类型的比较。许多人不喜欢听到它，但增加零件和复杂程度通常会增加成本并降低可靠性，至少在生产早期的生产中。只有几个部分，SP将是成本和可靠性的领导者。PSC增加了更多的绕组连接和电容器，增加了成本并增加了新的潜在故障点。ECM的绕组复杂性可以比四极SP更简单地变得比PSC更复杂，但有需要考虑性能权衡。ECM的主要复杂性和成本加法器是控制电子产品。控制电子设备提供转子位置感测的基本功能，对直流电源的交流电源整流，以及电源切换到电动机线圈。另外，它还提供了一种微处理器来控制定时，保持在一些电动机中的恒定速度，并检测锁定的转子条件并实现过热保护方案。
控制电子设备是电机故障的重要来源。商用制冷应用为电子造成困难的环境挑战，具有宽的温度范围，湿度，霜冻，冷凝，糖霜和洗涤。在最初的几年里，这些电机赢得了可靠性差的声誉。电机制造商努力分析这些故障，开发纠正措施，并重新设计以解决这些问题。增加环境测试和重新设计以改善入口保护取得了显着的可靠性改进。持续改进是必要的。
噪音
大多数人都熟悉荫蔽极电机和PSC电机产生的60周嗡嗡声。虽然ECM电机不会产生这种嗡嗡声，但它可以在旋转过程中产生不同类型的扭矩脉动。第一个是所谓的“齿槽扭矩”。齿槽转矩是最明显的两相ECM电机设计，其中定子极和转子极的数量相等或均匀可分。当永磁体的边缘与钢定子极的边缘对齐时，就会发生齿槽。定子和转子磁极数目不等的三相绕组设计将最小化齿槽和噪声。
一些ECM电机也可能有可听到的高音“哀鸣”，这是由用于控制速度、扭矩或输入电流的脉宽调制(pwm)技术产生的。好的设计将使这个频率超出正常的人类听力范围。
性能
最后，让我们看看这三种电机类型的性能。表1显示了这些差异如何转化为能源节约。这些数据来自于驱动风扇叶片的各种类型的典型电机，这些风扇叶片通常被用作许多食品杂货展示柜的蒸发器风扇。在估计蒸发器应用的节省时，应考虑此处不包括的重要二次效果。每个电动机类型的瓦瓦损失显示为倾倒到壳体的冷空气流中的热量。还必须通过制冷压缩机去除这种热量，从而产生更长或更频繁的压缩机循环。值得注意的是，运行42个ECM电机而不是42个SP电机的差异相当于在冷箱中放置1千瓦加热器。
当空气输送是相同的三个电机与一个干净的蒸发器或冷凝器线圈，当线圈结霜或变脏，恒定速度ECM有优势。受限制的线圈对气流有更大的阻力，导致风扇电机负载增加，这将导致风扇速度下降和遮阳杆和PSC风扇的送风量下降。然而，ECM将继续以相同的速度驱动风扇叶片。虽然空气阻力的增加仍然会导致空气输送量下降，但下降幅度会小一些。更复杂的ECM控制方案可以接近恒定气流。
