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不銹鋼泵廠家在從事生產(chǎn)的過程中，幾乎免不了在變頻與液力耦合器之間做出選擇。本文結(jié)合實際就風(fēng)機、泵類設(shè)備的耦合器與變頻器的選用與節(jié)能做了分析，更同行參考。
從事電廠技術(shù)管理工作多年，在生產(chǎn)過程中經(jīng)常遇到對于電機調(diào)速控制方式的選擇，本文就常用的兩種調(diào)速節(jié)能進行了分析，以期達到同行交流提高的目的。
1 變頻調(diào)速與液力偶合器調(diào)速的工作原理
電動機采用變頻調(diào)速后，電動機轉(zhuǎn)軸與負載直接相連，電動機由變頻器直接供電，而不再通過電網(wǎng)供電，這樣就減小了對電網(wǎng)的沖擊，變頻器啟動是通過改變電動機的供電頻率改變電機轉(zhuǎn)速，可實現(xiàn)電流從零開始啟動，然后平緩升到電機的額定電流工作，從而實現(xiàn)在相當(dāng)寬的頻率范圍內(nèi)對電機無級調(diào)速控制，從而減小了機械振動，減小了對電機及相關(guān)設(shè)備的損害，調(diào)速過程中變頻器具有優(yōu)異的功率因數(shù)特性，有利于提高電機設(shè)備使用壽命。
通過變頻調(diào)速后，異步電動機轉(zhuǎn)速公式為：
n=60f(l-s)/p
式中f為變頻器輸出頻率，s為異步電動機轉(zhuǎn)差率，p為電動機極對數(shù)。
液力偶合器的實質(zhì)是離心泵與渦輪機的組合，主要由輸入軸、輸出軸、泵輪、渦輪、輔室及安全保護裝置等構(gòu)成。液力耦合器的泵輪和渦輪組成一個可使液體循環(huán)流動的密閉工作腔，泵輪裝在輸入軸上，渦輪裝在輸出軸上。液力耦合器工作原理通過控制偶合器工作腔內(nèi)工作油液的動量矩變化，改變電機輸出轉(zhuǎn)速，液力耦合器靠液體與泵輪、渦輪的葉片相互作用產(chǎn)生動量矩的變化來傳遞扭矩。泵輪象離心泵一樣使工作腔的油液獲得液體能（包括動能和位能）使油液自泵輪內(nèi)緣沖向外緣，液流穿過兩輪間的間隙到達渦輪，而渦輪的作用就象透平機，當(dāng)液流在渦輪葉片間的通道由外緣向中間流動時，就將液流的液體能轉(zhuǎn)變成了渦輪的機械能。液流在返回泵輪時就開始了下一個循環(huán)，這樣旋轉(zhuǎn)著的液流就把電機的動力傳到了所帶負載上，達到控制負載轉(zhuǎn)速的目的。液力偶合器也可以實現(xiàn)負載轉(zhuǎn)速無級調(diào)節(jié)，但電動機仍是電網(wǎng)直接供電，且全速運行。
2 變頻調(diào)速與液力偶合器調(diào)速的節(jié)能比較
2.1 功率損耗的原因
無論采用變頻控制還是液力耦合控制，除電動機本身的機械性能功率損耗外，均存在著額外功率損耗，液力耦合器通過液力變送，加上電動機輸出軸的機械損耗，其效率應(yīng)小于1，同樣通過變頻器調(diào)速，逆變后送入電動機電樞，效能也會小于1。而且在全轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)，兩種方式的效率曲線也不一樣。
圖1“兩種調(diào)速方式效率曲線”為典型的變頻器和液力偶合器的效率-轉(zhuǎn)速曲線，隨著輸出轉(zhuǎn)速的降低，液力偶合器的效率基本上正比例關(guān)系降低，而變頻器在輸出轉(zhuǎn)速下降時效率仍然較高。
從曲線數(shù)據(jù)看，當(dāng)輸出轉(zhuǎn)速降低時，液力偶合器的效率比變頻調(diào)速的效率下降快得多，因此變頻調(diào)速的低速特性比液力偶合器要好。當(dāng)然，有一點我們應(yīng)該看到，就是用于風(fēng)機、泵類負載時，由于其軸功率與轉(zhuǎn)速的三次方成正比，當(dāng)轉(zhuǎn)速下降時，雖然液力偶合器效率正比下降，但電動機綜合軸功率還是隨著轉(zhuǎn)速的下降成二次方比例下降，因此也能起到節(jié)能作用。
變頻調(diào)速通過電力電子整流和脈寬調(diào)制逆變技術(shù)改變電動機電樞的電壓和頻率，自身消耗功率很少，器件損耗與輸出功率成正比，因此變頻調(diào)速可保持高效運行。而液力偶合器依靠泵和渦輪往復(fù)循環(huán)液流產(chǎn)生能量，然后傳輸給電機，從而帶動負載，綜合利用效率較低。
圖1 兩種調(diào)速方式效率曲線
2.2 理論計算節(jié)能比較
從理論上進行計算，舉例說明如下：1000 KW風(fēng)機風(fēng)量從而降低到70%，由于流量與轉(zhuǎn)速一次方成正比，因此轉(zhuǎn)速可以降低70%，負載功率理論上降為34.3%，如果采用直接高高變頻調(diào)速，其效率按0.95算，再考慮電動機效率在低功率時有所下降、和管道系統(tǒng)效率有所下降，電網(wǎng)總輸入功率約34.3%/0.95/0.85/0.95=44.71%，即447.1 KW，節(jié)能55.29%，全年按300日計算，年節(jié)電398萬度。如果采用液力偶合器，其效率按0.665計算，電網(wǎng)總輸入功率約34.3%/0.665/0.85/0.95=63.87%，即638.7 KW，節(jié)能36.13%，年節(jié)電260萬度。
2.3 實測節(jié)能比較
以實測一臺20萬千瓦機組引風(fēng)機改裝液力偶合器及變頻調(diào)速為例：該異步電動機額定值為1250 KW，6 KV、142 A、額定效率95%、額定轉(zhuǎn)速742 rpm、額定功率因數(shù)0.85。
按機組年運行300日7200小時計，應(yīng)用變頻調(diào)速年節(jié)電385萬度，而應(yīng)用液力藕合器年節(jié)電268萬度。雖然電動機功率不一致，但實測的節(jié)電比例與理論計算值基本一致。
3 變頻調(diào)速與液力偶合器調(diào)速的其他性能比較
變頻調(diào)速與液力偶合器調(diào)速在節(jié)能方面有明顯的差異之外，另外還在功率因數(shù)、起動性能、維護可靠性方面都存在著一定的差異，其主要體現(xiàn)在以下幾個方面：
3.1 功率因數(shù)
通過變頻器調(diào)速能夠保持較高的功率因數(shù)，當(dāng)轉(zhuǎn)速達到20%以上時，功率因數(shù)一般都在0.95以上運行，而液力耦合器功率因數(shù)相對較小，在70%以下轉(zhuǎn)速運行時，功率因數(shù)大約為0.7左右，如需提高功率因數(shù)，必須采取增加功率補償裝置。
3.2 起動性能
通過變頻調(diào)速裝置啟動電機時，電動機保持額定轉(zhuǎn)矩起動，電網(wǎng)輸入電流很小，對電網(wǎng)沖擊較小，不影響同電網(wǎng)下其他設(shè)備的運行，而且起動過程中電流可控，起動點和爬坡時間可設(shè)置，可很好的控制起動電流，達到平緩起動。而液力耦合器起動電流一般是負載的6倍左右，即便增加額外裝置后，起動電流也較大，將會對電網(wǎng)沖擊較大，同時會干擾其他設(shè)備運行，嚴重會造成設(shè)備損壞，造成嚴重的經(jīng)濟損失。
3.3 運行可靠性、運行維護
變頻器裝置采用的電子線路技術(shù)比較成熟，高壓變頻具有單元自動切換和盈余運行的特性，可連續(xù)高速運行，可靠性得到保障，維護簡單易行，只需更換過濾網(wǎng)即可，而液力偶合器機械結(jié)構(gòu)和管路系統(tǒng)比較復(fù)雜，維護難度較大，長期運行比較困難，一旦出現(xiàn)故障，將無法運行，必須停機處理，給生產(chǎn)造成一定的
損失。
因此，對于選擇調(diào)速需要的設(shè)備，初選調(diào)速方式，宜選目前技術(shù)已經(jīng)比較成熟的變頻調(diào)節(jié)方式為宜。
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