高压变频器与液力耦合器的区别.docVIP

高压大功率电动机 变频调速与液力偶合器调速运行比较 上海发电设备成套设计研究所 李南坤 一、变频调速与液力偶合器调速的工作原理 电动机采用变频调速后，电动机转轴与负载直接相连，但电动机不再由电网 直接供电，而是由变频器供电，变频器通过改变电动机的供电频率改变电机转速， 因此可以实现相当宽的频率范围内无级调速，而且在全范围内具有优异的效率和 功率因素特性。 采用变频调速后，异步电动机转速 n=60f(1-s)/p，其中 f为变频器输出频率， s为异步电动机转差率，p为电动机极对数。 液力偶合器是通过控制工作腔内工作油液的动量矩变化，来传递电动机能量 并改变输出转速的，电动机通过液力偶合器的输入轴拖动其主动工作轮，对工作 油进行加速，被加速的工作油再带动液力偶合器的从动工作涡轮，把能量传递到 输出轴和负载，这样，可以通过控制工作腔内参与能量传递的工作油多少来控制 输出轴的力矩，达到控制负载的转速的目地。因此液力偶合器也可以实现负载转 速无级调节。 如采用液力偶合器调速，则电动机转轴连接到液力偶合器，而负载连接到液 力偶合器，电动机仍由电网供电，电动机仍全速运行。 二、变频调速与液力偶合器调速的节能比较 1、功率损耗的原因 电动机本身功率损耗除外，无论是变频调速还是液力偶合器调速，均存在额 外的功率损耗，液力偶合器从电动机输出轴取得机械能，通过液力变速后送入负 载，其效率不可能为 1；变频器从电网取的电能，通过逆变后送入电动机电枢， 其效率也不可能是 1。而且在全转速范围内，两种方式的效率曲线也不一样。 图 1“两种调速方式效率曲线”为典型的液力偶合器和变频器（高高变频器） 的效率－转速曲线，随着输出转速的降低，液力偶合器的效率基本上正比降低（例 如：额定转速时效率 0.95，75%转速时效率约 0.72，20%转速时效率约 0.19）， 1 而变频器在输出转速下降时效率仍然较高（例如：额定转速时效率 0.97，75%以 上转速时效率大于 0.95，20%以上转速时效率大于 0.9）。 效率 变频调速效率 液力偶合器效率 输出转速比 图 1两种调速方式效率曲线 从曲线数据看，当输出转速降低时，液力偶合器的效率比变频调速的效率下 降快得多，因此变频调速的低速特性比液力耦合器要好。当然，有一点我们应该 看到，就是用于风机、泵类负载时，由于其轴功率与转速的三次方成正比，当转 速下降时，虽然液力偶合器效率正比下降，但电动机综合轴功率还是随着转速的 下降成二次方比例下降，因此也能起到节能作用。 变频调速通过电力电子整流和脉宽调制逆变技术改变电动机电枢的电压和 频率，除本身控制所需很少一部分能量消耗保持不变外，电力电子器件的损耗基 本上与输出功率成正比，因此变频调速可以在全转速范围内保持较高效率运行。 而液力偶合器依靠泵和涡轮传递能量，在低速输出时，泵和涡轮的效率均下降， 因此综合效率随转速下降而下降。 ２、理论计算节能比较 从理论上进行计算，举例说明如下： 1000KW风机风量从 100%降低到 70%， 由于流量与转速一次方成正比，因此转速可以降低 70%，负载功率理论上降为 34.3%，如果采用直接高高变频调速，其效率按 0.95算，再考虑电动机效率在低 功率时有所下降、和管道系统效率有所下降，电网总输入功率约 34.3%/0.95/0.85/0.95=44.71%，即 447.1KW，节能 55.29%，全年按 300日计算， 年节电 398万度。如果采用液力偶合器，其效率按 0.665计算，电网总输入功率 2 约 34.3%/0.665/0.85/0.95=63.87%，即 638.7KW，节能 36.13%，年节电 260万度。 因此变频调速每年多节电 138万度。列表如下： 1000KW高压风机电动机降速 70%时液力偶合器和变频调速节能比较 变频调速液力偶合器 电网总输入功率 447.1KW 638.7KW 调速装置效率 0.95 0.665 节能 55.29% 36.13% 年节电 398万度 260万度 ３、实测节能比较 以某电力设计院实测一台 20万千瓦机组引风机改装液力耦合器及变频调速 为例：该异步电动机额定值为 1250KW，6KV、142A、额定效率 95％、额定转 速 742RPM、额定功率因素 0.85。 三种调节方式在不同发电机负荷下的输入电流如下： 调节方式 不同发电机负荷（MW）下的输入电流 100MW 120MW 140MW 160MW 180MW 200MW 挡板调节 73A 78A 82A 85A 89A 102A 液力耦合器 41A 45A 49A 51A 61A 63A 变频调节 12A 17A 20A