高压变频器与液力耦合器调速的比较.doc

高压变频器与液力耦合器调速的比较
1引言高压变频调速技术是近年来发展起来的集电力电子、自动控制、微电子、电机学等之大成的一项高新技术，技术含量高，难度大，是性能最好，效率最高，最为理想的交流电机调速技术，它为风机水泵等设备的大量节约电能提供了重要的新手段。高压变频调速器是指电压等级为3kV、6kV、10kV的变频调速器(国外称之为中压变频器)。它主要用于高压电动机传动的风机、水泵等设备，以达到其节能运行的目的。近年来高压变频调速技术日趋成熟，并已有产品供应于市场，在不少的工业部门中得到广泛的应用，特别是在火电厂、冶金、有色、矿山、自来水、石油化工等行业的风机泵类设备的应用，取得了很好的经济效益和社会效益。变频调速技术是我国节能的一项重点推广技术。这在我国《能源法》、《中国节能技术政策大纲》中都有明确的规定。有关高压变频调速技术的发展、应用等情况已有很多论述和介绍，在此不再赘述。液力耦合器是液力传动元件，是利用液体的动能来传递功率的一种动力式液压传动装置，它相当于离心泵和涡轮泵的组合。将其安装在异步电机和负载(风机、水泵等)之间来传递转矩，可以在电机恒速运转情况下，无级调节负载的转速。液力耦合器是一种转差损耗的低效调速设备。在高压变频技术尚未成熟，尚未在工业中应用之前，液力耦合器在风机、水泵等调速节能方面曾有过较多的应用，发挥过其应有的作用。随着高压变频调速技术的日渐成熟及应用推广，液力耦合器也将逐步退出风机、泵类调速节能的市场。尽管液力耦合器存在许多固有的缺点，但它仍在以其价格低廉的优势与高压变频器争夺市场。甚至有些新的设计项目(风机、泵类调速节能)仍以其价格因素而选择液力耦合器。如何评价高压变频器和液力耦合器二者的优势，如何正确地选择风机，泵类的调速节能方式，可能还是一些读者关心的问题。作者根据自己认识及所了解的情况，对此进行一些粗浅的分析和比较，仅供参考，并愿与同仁们进行商榷和讨论。
2高压变频调速器与液力耦合器主要技术经济指标的比较本文中对两者的比较，仅限于应用方面的技术性能的比较，对他们的优缺点，以及客户关心的问题进行比较和分析。其简要的比较如表1所示。表1高压变频器和液力耦合器主要技术经济指标的比较二者的技术经济性能比较如下:(1)调速范围高压变频器调速范围宽，达到10:1以上，甚至达到100:1以上;而调速型液力耦合器的调速范围最大为4:1。(2)调速精度高压变频器调速精度达到0.1Hz，而且稳定性高，这是一个重要的技术指标。调速精度高、稳定性高，意味着所传动的风机(水泵)的压力和风量(流量)稳定，这对于稳定生产工艺过程是很重要的，例如:对火力发电厂的锅炉辅机(引风机、送风机、给水泵等)都需保持压力的恒定，高压变频器能够满足这个要求。液力耦合器调速精度差，转速波动大，例如某火力发电厂的给水泵采用进口的液力耦合器调速，转速经常在5100~5400r/min之间波动，使给水泵的压力波动大，给发电机生产带来了不利影响,难以保证稳定生产。(3)效率高压变频器效率高，无转差损耗，其效率达0.95以上，并且不随调速的范围而变化。液力耦合器效率低，其效率与调速比成正比，负载的转速越低，其效率越低，图1所示为液力耦合器的效率曲线。
图1液力耦合器的效率曲线
液力耦合器属转差损耗型调速，是低效调速设备，在调速的过程中,转差功率以热能的形式损耗在油中。这不仅消耗了能量，而且使液力耦合器油温升高，为此必须采取妥善的冷却方式，特别是在环境温度较高的场合应用，对冷却的要求更高。例如某发电厂的给水泵的液力耦合器在夏季不得不采取不间断的冲水冷却等措施，即使如此，有时仍会因温度过高，威胁到液力耦合器安全时，不得不停机，以使温度降下来。(4)额定转差率高压变频器没有转差率问题，负载与电动机同轴，电机能达到额定转速，即电机转速与负载转速相同,能达到额定压力和额定风量(流量)。在电机结构允许的情况下，还可以超过额定转速运行。液力耦合器由于是柔性连接，存在着固定的转差率，即液力耦合器的转差率≥3%，所以，负载的转速不可能达到电机的转速，最高只能达到电机转速的97%，因此负载(风机、水泵等)就不能达到额定输出，其压力最高只能达到额定压力的94%，而风量(流量)最高只能到额定值的91%左右。(5)起动性能高压变频器具有真正意义上的软起动功能，它可以使起动电流值保持在额定电流以内，不会对电网造成冲击，也不会对所传动的风机、泵类的机械设备带来冲击，是最理想的软启动设备。液力耦合器属于直接起动类型，电动机的起动电流约为额定电流的4~7倍，对电网造成冲击，特别是在电网容量受限而电机容量较大时，这种直接起动对电网所造成的冲击有时是不允许的。例如某钢铁厂的一台6kV1400kW的炉前风机，在采用液力耦合器的情况下，由于电机的起动电流对电网的冲击大，而不得不又增加了一台晶