高壓變頻器與液力耦合器比較

1、高壓變頻器與液力耦合器比較高壓變頻器與液力耦合器比較1引言高壓變頻調(diào)速技術(shù)是近年來(lái)發(fā)展起來(lái)的集電力電子、自動(dòng)控制、微電子、電機(jī)學(xué)等之大成的一項(xiàng)高新技術(shù)，技術(shù)含量高，難度大，是性能最好，效率最高，最為理想的交流電機(jī)調(diào)速技術(shù)，它為風(fēng)機(jī)水泵等設(shè)備的大量節(jié)約電能提供了重要的新手段。高壓變頻調(diào)速器是指電壓等級(jí)為3kv、6kv、10kv的變頻調(diào)速器(國(guó)外稱(chēng)之為中壓變頻器)。它主要用于高壓電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)的風(fēng)機(jī)、水泵等設(shè)備，以達(dá)到其節(jié)能運(yùn)行的目的。近年來(lái)高壓變頻調(diào)速技術(shù)日趨成熟，并已有產(chǎn)品供給于市場(chǎng)，在不少的產(chǎn)業(yè)部分中得到廣泛的應(yīng)用，特別是在火電廠、冶金、有色、礦山、自來(lái)水、石油化工等行業(yè)的風(fēng)機(jī)泵類(lèi)設(shè)備的應(yīng)用，取

2、得了很好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。變頻調(diào)速技術(shù)是我國(guó)節(jié)能的一項(xiàng)重點(diǎn)推廣技術(shù)。這在我國(guó)能源法、中國(guó)節(jié)能技術(shù)政策大綱中都有明確的規(guī)定。有關(guān)高壓變頻調(diào)速技術(shù)的發(fā)展、應(yīng)用等情況已有很多論述和先容，在此不再贅述。液力耦合器是液力傳動(dòng)元件，是利用液體的動(dòng)能來(lái)傳遞功率的一種動(dòng)力式液壓傳動(dòng)裝置，它相當(dāng)于離心泵和渦輪泵的組合。將其安裝在異步電機(jī)和負(fù)載(風(fēng)機(jī)、水泵等)之間來(lái)傳遞轉(zhuǎn)矩，可以在電機(jī)恒速運(yùn)轉(zhuǎn)情況下，無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)負(fù)載的轉(zhuǎn)速。液力耦合器是一種轉(zhuǎn)差損耗的低效調(diào)速設(shè)備。在高壓變頻技術(shù)尚未成熟，尚未在產(chǎn)業(yè)中應(yīng)用之前，液力耦合器在風(fēng)機(jī)、水泵等調(diào)速節(jié)能方面曾有過(guò)較多的應(yīng)用，發(fā)揮過(guò)其應(yīng)有的作用。隨著高壓變頻調(diào)速技術(shù)的日漸成熟及

3、應(yīng)用推廣，液力耦合器也將逐步退出風(fēng)機(jī)、泵類(lèi)調(diào)速節(jié)能的市場(chǎng)。盡管液力耦合器存在很多固有的缺點(diǎn)，但它仍在以其價(jià)格低廉的上風(fēng)與高壓變頻器爭(zhēng)奪市場(chǎng)。甚至有些新的設(shè)計(jì)項(xiàng)目(風(fēng)機(jī)、泵類(lèi)調(diào)速節(jié)能)仍以其價(jià)格因素而選擇液力耦合器。如何評(píng)價(jià)高壓變頻器和液力耦合器二者的上風(fēng)，如何正確地選擇風(fēng)機(jī)，泵類(lèi)的調(diào)速節(jié)能方式，可能還是一些讀者關(guān)心的題目。作者根據(jù)自己熟悉及所了解的情況，對(duì)此進(jìn)行一些粗淺的分析和比較，僅供參考，并愿與同仁們進(jìn)行商榷和討論。2高壓變頻調(diào)速器與液力耦合器主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的比較本文中對(duì)兩者的比較，僅限于應(yīng)用方面的技術(shù)性能的比較，對(duì)他們的優(yōu)缺點(diǎn)，以及客戶(hù)關(guān)心的題目進(jìn)行比較和分析。其扼要的比較如表1所示。

4、表1高壓變頻器和液力耦合器主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的比較二者的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性能比較如下：(1)調(diào)速范圍高壓變頻器調(diào)速范圍寬，達(dá)到10：1以上，甚至達(dá)到100：1以上；而調(diào)速型液力耦合器的調(diào)速范圍最大為4：1。(2)調(diào)速精度高壓變頻器調(diào)速精度達(dá)到0.1hz，而且穩(wěn)定性高，這是一個(gè)重要的技術(shù)指標(biāo)。調(diào)速精度高、穩(wěn)定性高，意味著所傳動(dòng)的風(fēng)機(jī)(水泵)的壓力和風(fēng)量(流量)穩(wěn)定，這對(duì)于穩(wěn)定生產(chǎn)工藝過(guò)程是很重要的，例如：對(duì)火力發(fā)電廠的鍋爐輔機(jī)(引風(fēng)機(jī)、送風(fēng)機(jī)、給水泵等)都需保持壓力的恒定，高壓變頻器能夠滿(mǎn)足這個(gè)要求。液力耦合器調(diào)速精度差，轉(zhuǎn)速波動(dòng)大，例如某火力發(fā)電廠的給水泵采用進(jìn)口的液力耦合器調(diào)速，轉(zhuǎn)速經(jīng)常在510054

5、00r/min之間波動(dòng)，使給水泵的壓力波動(dòng)大，給發(fā)電機(jī)生產(chǎn)帶來(lái)了不利影響,難以保證穩(wěn)定生產(chǎn)。(3)效率高壓變頻器效率高，無(wú)轉(zhuǎn)差損耗，其效率達(dá)0.95以上，并且不隨調(diào)速的范圍而變化。液力耦合器效率低，其效率與調(diào)速比成正比，負(fù)載的轉(zhuǎn)速越低，其效率越低，圖1所示為液力耦合器的效率曲線。圖1液力耦合器的效率曲線液力耦合器屬轉(zhuǎn)差損耗型調(diào)速，是低效調(diào)速設(shè)備，在調(diào)速的過(guò)程中,轉(zhuǎn)差功率以熱能的形式損耗在油中。這不僅消耗了能量，而且使液力耦合器油溫升高，為此必須采取妥善的冷卻方式，特別是在環(huán)境溫度較高的場(chǎng)合應(yīng)用，對(duì)冷卻的要求更高。例如某發(fā)電廠的給水泵的液力耦合器在夏季不得不采取不中斷的沖水冷卻等措施，即使如此，

6、有時(shí)仍會(huì)因溫度過(guò)高，威脅到液力耦合器安全時(shí)，不得不停機(jī)，以使溫度降下來(lái)。(4)額定轉(zhuǎn)差率高壓變頻器沒(méi)有轉(zhuǎn)差率題目，負(fù)載與電動(dòng)機(jī)同軸，電性能達(dá)到額定轉(zhuǎn)速，即電機(jī)轉(zhuǎn)速與負(fù)載轉(zhuǎn)速相同,能達(dá)到額定壓力和額定風(fēng)量(流量)。在電機(jī)結(jié)構(gòu)答應(yīng)的情況下，還可以超過(guò)額定轉(zhuǎn)速運(yùn)行。液力耦合器由于是柔性連接，存在著固定的轉(zhuǎn)差率，即液力耦合器的轉(zhuǎn)差率3%，所以，負(fù)載的轉(zhuǎn)速不可能達(dá)到電機(jī)的轉(zhuǎn)速，最高只能達(dá)到電機(jī)轉(zhuǎn)速的97%，因此負(fù)載(風(fēng)機(jī)、水泵等)就不能達(dá)到額定輸出，其壓力最高只能達(dá)到額定壓力的94%，而風(fēng)量(流量)最高只能到額定值的91%左右。(5)起動(dòng)性能高壓變頻用具有真正意義上的軟起動(dòng)功能，它可以使起動(dòng)電流值保持在

7、額定電流以?xún)?nèi)，不會(huì)對(duì)電網(wǎng)造成沖擊，也不會(huì)對(duì)所傳動(dòng)的風(fēng)機(jī)、泵類(lèi)的機(jī)械設(shè)備帶來(lái)沖擊，是最理想的軟啟動(dòng)設(shè)備。液力耦合器屬于直接起動(dòng)類(lèi)型，電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)電流約為額定電流的47倍，對(duì)電網(wǎng)造成沖擊，特別是在電網(wǎng)容量受限而電機(jī)容量較大時(shí)，這種直接起動(dòng)對(duì)電網(wǎng)所造成的沖擊有時(shí)是不答應(yīng)的。例如某鋼鐵廠的一臺(tái)6kv1400kw的爐前風(fēng)機(jī)，在采用液力耦合器的情況下，由于電機(jī)的起動(dòng)電流對(duì)電網(wǎng)的沖擊大，而不得不又增加了一臺(tái)晶閘管高壓軟起動(dòng)器。(6)可靠性調(diào)速設(shè)備的可靠性是客戶(hù)最關(guān)心的、最基本的、也是最主要的指標(biāo)之一，它是能否保證生產(chǎn)的正常運(yùn)行的關(guān)鍵指標(biāo)。高壓變頻器的可靠性高，故障率低，這在很多高壓變頻器應(yīng)用中得到證實(shí)。而液

8、力耦合器則可靠性差，特別是漏油和打壞齒輪等。(7)維修工作量高壓變頻器由于可靠性高，故障率低而使其維修量少，據(jù)某電廠反映，給水泵采用的進(jìn)口液力耦合器維修工作量?jī)H打壞齒輪一項(xiàng)就需維修費(fèi)30余萬(wàn)元。當(dāng)然，這也可能僅是個(gè)別的例子。但總的來(lái)看液力耦合器的維修工作量大于高壓變頻器的維修工作量。(8)故障情況下對(duì)生產(chǎn)的影響在調(diào)速設(shè)備一旦發(fā)生故障時(shí)對(duì)生產(chǎn)會(huì)有什么影響，也是用戶(hù)關(guān)心的一個(gè)題目。高壓變頻器一旦發(fā)生故障，則可立即切出，并切換到工頻電源上，使負(fù)載(風(fēng)機(jī)、水泵等)能保持連續(xù)運(yùn)行。液力耦合器由于連接在電機(jī)和風(fēng)機(jī)之間，一旦液力耦合器出了故障，負(fù)載便不能運(yùn)行，不能保證生產(chǎn)的連續(xù)性。(9)設(shè)備的利用率即是否能

9、夠充分的利用調(diào)速設(shè)備。高壓變頻器可以一機(jī)多用，即一臺(tái)高壓變頻器可以通過(guò)開(kāi)關(guān)切換設(shè)備控制幾臺(tái)高壓電機(jī)的運(yùn)行。液力耦合器只能一機(jī)一用，一臺(tái)液力耦合器只能供一臺(tái)負(fù)載使用。(10)功率因數(shù)高壓變頻器由于采用二極管整流，可以保證電網(wǎng)側(cè)的功率因數(shù)在0.95以上。液力耦合器調(diào)速則使電網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)降低，由于風(fēng)機(jī)的電機(jī)的裕量都較大，輸進(jìn)電流中無(wú)功分量就越大，導(dǎo)致其在低功率因數(shù)下運(yùn)行。(11)價(jià)格價(jià)格的高低是客戶(hù)關(guān)心的重要指標(biāo)之一。高壓變頻器的價(jià)格貴，液力耦合器價(jià)格便宜，這是液力耦合器與高壓變頻器相比的主要上風(fēng)之一。(12)占地面積高壓變頻器設(shè)備占地面積較大，它包括變頻器本身和與之配套的設(shè)備，但它可分散安裝在控制

10、室(如變頻器)或室外(如變壓器)；液力耦合器占地面積小，但它必須安裝在電機(jī)和負(fù)載之間并與之同軸，需作基礎(chǔ)固定。3高壓變頻器與液力耦合器應(yīng)用于風(fēng)機(jī)調(diào)速節(jié)能的比較參考文獻(xiàn)1的作者在這方面進(jìn)行大量的卓有成效的工作，本文直接引用了參考文獻(xiàn)1中的一些內(nèi)容。根據(jù)某發(fā)電廠一臺(tái)20萬(wàn)kw機(jī)組風(fēng)機(jī)選型，并加裝液力耦合器改造的試驗(yàn)狀況，計(jì)算比較了該吸風(fēng)機(jī)采用進(jìn)口檔板，液力耦合器調(diào)速和高壓變頻器調(diào)速三種調(diào)節(jié)方式功率損耗的情況。三種調(diào)節(jié)方式在不同發(fā)電負(fù)荷時(shí)電動(dòng)機(jī)的輸進(jìn)電流，綜合功率損耗分別如圖2和圖3所示。圖2三種調(diào)節(jié)方式在不同發(fā)電負(fù)荷時(shí)電動(dòng)機(jī)的輸進(jìn)電流圖3三種調(diào)節(jié)方式在不同發(fā)電負(fù)荷時(shí)電動(dòng)機(jī)的綜合功率損由圖2和圖3可

11、以看出：(1)高壓變頻調(diào)速調(diào)節(jié)效率最高,耗電量最少,液力耦合器變速調(diào)節(jié)次之,檔板調(diào)節(jié)耗電量最大。(2)液力耦合器在發(fā)電機(jī)組滿(mǎn)負(fù)荷時(shí)，轉(zhuǎn)差s=0.27，效率=73%，二者基本成反比，而變頻調(diào)速在調(diào)速的全范圍內(nèi)效率基本不變，保持在95%左右，所以它節(jié)電明顯。(3)使用液力耦合器輸進(jìn)電流中含有很大的無(wú)功分量,而使用變頻調(diào)速則無(wú)功分量很小,因而輸進(jìn)電流比使用液力耦合器時(shí)小得多。根據(jù)gb12497-95三相異步電動(dòng)機(jī)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的規(guī)定，異步電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)，因無(wú)功功率使電網(wǎng)增加的有功損耗應(yīng)計(jì)算到異步電動(dòng)機(jī)的功率損耗中，因此參考文獻(xiàn)1用該標(biāo)準(zhǔn)給出的電動(dòng)機(jī)綜合效率進(jìn)行計(jì)算比較，根據(jù)該機(jī)組三天(包括周六和周日)的日負(fù)

12、荷曲線(圖4)所計(jì)算的結(jié)果如表2所示。表2三種調(diào)節(jié)方式的吸風(fēng)機(jī)日耗電量(單位kw)圖4日負(fù)荷曲線按機(jī)組年運(yùn)行7200小時(shí)(300天)計(jì)算,以圖4給出的負(fù)荷曲線作為典型日負(fù)荷曲線,應(yīng)用高壓變頻調(diào)速年節(jié)電350萬(wàn)kwh以上,而使用液力耦合器年節(jié)電能為100多萬(wàn)kwh。4經(jīng)濟(jì)性評(píng)價(jià)對(duì)風(fēng)機(jī)，水泵等設(shè)備進(jìn)行調(diào)速節(jié)能改造時(shí)，首先應(yīng)進(jìn)行可行性分析，進(jìn)行經(jīng)濟(jì)性評(píng)價(jià)，在評(píng)價(jià)時(shí)，通常采用回收投資年限比較法，這種方法是通過(guò)節(jié)約的電費(fèi)與改造設(shè)備的投資及安裝費(fèi)的比較，以投資收回的年限最短為最優(yōu)方案。上述應(yīng)用實(shí)例中，用這種方法計(jì)算，高壓變頻器的投資回收期t為t=投資額/年節(jié)電費(fèi)=350/108=3.2年而液力耦合器的投資

13、回收期為1年多。這種經(jīng)濟(jì)性評(píng)價(jià)方法有一定的局限性,沒(méi)有考慮設(shè)備的使用年限、運(yùn)行用度、維修用度等因素。參考文獻(xiàn)2所提出的將來(lái)用度折算現(xiàn)值法是比較全面，可以采用的一種經(jīng)濟(jì)性評(píng)價(jià)方法。這種方法是指所購(gòu)買(mǎi)設(shè)備費(fèi)，設(shè)備安裝調(diào)試費(fèi)，維持在設(shè)備使用壽命期間所需的運(yùn)行費(fèi)，維修費(fèi)的折算現(xiàn)值，以總現(xiàn)值年均勻最低為最優(yōu)方案。將來(lái)用度折算現(xiàn)值可按下式計(jì)算fe=tste+ts(hddf+wx)ys10-4式中：fe將來(lái)用度現(xiàn)值萬(wàn)元ts風(fēng)機(jī)臺(tái)數(shù)te風(fēng)機(jī)和調(diào)速等附加裝置總投資萬(wàn)元hd風(fēng)機(jī)系統(tǒng)的年耗電量kwh/年df電費(fèi)元/kwh ys調(diào)速設(shè)備的使用壽命年wx風(fēng)機(jī)和附加設(shè)備的年維修費(fèi)元這種經(jīng)濟(jì)性評(píng)價(jià)方法不僅考慮了設(shè)備的一次投

14、資和它的節(jié)電率，還考慮它的維修費(fèi)，運(yùn)行用度，使用年限等因素。它和回收投資年限法相比是一種比較全面比較科學(xué)的經(jīng)濟(jì)性評(píng)價(jià)方法。對(duì)于上述應(yīng)用實(shí)例，用這種方法計(jì)算，高壓變頻器的投資回收期比液力耦合器的投資回收期相當(dāng)，甚至投資回收期還短些，可見(jiàn)高壓變頻器方案優(yōu)于液力耦合器。5結(jié)束語(yǔ)通過(guò)上述對(duì)高壓變頻器和液力耦合器的優(yōu)缺點(diǎn)的分析，及其在風(fēng)機(jī)水泵在調(diào)速節(jié)能運(yùn)行應(yīng)用中的比較，不難得出這樣的結(jié)論：高壓變頻器在技術(shù)經(jīng)濟(jì)等方面都是優(yōu)越的、先進(jìn)的。它和液力耦合器相比，不僅技術(shù)先進(jìn)，而且經(jīng)濟(jì)公道。盡管高壓變頻器的初期投資遠(yuǎn)高于液力耦合器，但它的綜合經(jīng)濟(jì)效益優(yōu)于液力耦合器，它不僅是風(fēng)機(jī)水泵調(diào)速節(jié)能運(yùn)行的發(fā)展方向，而且也符合國(guó)家政策的規(guī)定，是應(yīng)當(dāng)大力推廣的先進(jìn)技術(shù)。參考文獻(xiàn)1白愷.火力發(fā)電廠大型電動(dòng)機(jī)應(yīng)用變頻調(diào)速技術(shù)的可行性a.電廠高壓電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速裝置c.中國(guó)電力技術(shù)協(xié)會(huì),中國(guó)電力器樂(lè)聯(lián)合會(huì)科技服務(wù)中心.2劉家鈺,齊春松.電廠風(fēng)機(jī)(泵)變頻調(diào)速技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析a.電廠高壓電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速裝置c