用變頻器取代液力耦合器勢(shì)在必行

摘要：從上世紀(jì)80年代迄今，國(guó)內(nèi)先后投入運(yùn)行的液力耦合器近4000臺(tái)，功率大多為300～3200kW，每年節(jié)電20億kWh以上，為國(guó)家創(chuàng)造了較高的經(jīng)濟(jì)效益。但是，其轉(zhuǎn)差損耗不可忽視。通過分析說明用大功率變頻裝置取代液力耦合器，則節(jié)能效果更高。

關(guān)鍵詞：低效調(diào)速系統(tǒng)；液力耦合器；國(guó)產(chǎn)高壓變頻器；投資回收期

1 低效調(diào)速系統(tǒng)分析

不改變異步電機(jī)同步轉(zhuǎn)速n0的交流調(diào)速系統(tǒng)稱為有轉(zhuǎn)差調(diào)速系統(tǒng)，如調(diào)壓調(diào)速，電磁滑差調(diào)速，液力耦合器調(diào)速等。存在有轉(zhuǎn)差調(diào)速的系統(tǒng)，對(duì)于平方轉(zhuǎn)矩的負(fù)載（如風(fēng)機(jī)、水泵等），調(diào)速后所節(jié)約功率標(biāo)幺值為

G(s)=1－(n/n₀)² （1）

式中：n為電機(jī)運(yùn)行轉(zhuǎn)速；

n₀為電機(jī)同步轉(zhuǎn)速。

采用液力耦合器等調(diào)速裝置則需增加轉(zhuǎn)差損耗ΔP_s，其大小隨s變化而變化，具體見圖1所示。

圖1 不同負(fù)載時(shí)ΔP_s和G(s)與n/n₀的關(guān)系

在轉(zhuǎn)速為n時(shí)，忽略不計(jì)電機(jī)本身?yè)p耗的情況下，輸入功率P₁=（1－s）P₁₀≈(1－s)P₂₀，故轉(zhuǎn)差損耗標(biāo)幺值為

ΔP_s^＊=≈=(1－s)³=s(1－s)²

求其極值dΔP_s^＊/ds=0，得(1－s)(1－3s)=0

即s=1（極小值），s=1/3（極大值）。

將s=1/3代入ΔP_s^＊得ΔP_smax^＊=（1/3）(1－1/3)²=4/27=0.148，說明對(duì)于離心式風(fēng)機(jī)，水泵、轉(zhuǎn)差損耗ΔP_s在2/3額定轉(zhuǎn)速時(shí)為最大。不同s時(shí)ΔP_s^＊數(shù)值，見表1。

表1 負(fù)載轉(zhuǎn)矩M與n²成正比例時(shí)的ΔP_s^＊

2 用國(guó)產(chǎn)變頻器替代大功率液力耦合器調(diào)速勢(shì)在必行

20多年前盛行采用液力耦合器對(duì)水廠供水泵 及 電 廠 引 風(fēng) 機(jī) 等 進(jìn) 行 調(diào) 速 節(jié) 能 。 受 當(dāng) 時(shí) 條 件 所 限 ， 變 頻 調(diào) 速 技 術(shù) 不 成 熟 且 無 法 提 供 高 壓 大 功 率 變 頻 裝 置 ， 而 液 力 耦 合 器 投 資 便 宜 。 如 今 ， 若 采 用 進(jìn) 口 變 頻 器2 000～ 2 500元 /kW， 投 資 回 收 期 過 長(zhǎng) （ 達(dá) 5～ 6年 ） ， 而 近 年 來 國(guó) 產(chǎn) 高 壓 大 功 率 變 頻 技 術(shù) 趨 向 成 熟 ， 價(jià) 格 1 200～ 1 500元 /kW， 預(yù) 計(jì) 不 久 將 來 會(huì) 下 降 到 1 000元 /kW左 右 ， 比 傳 統(tǒng) 的 液 力 耦 合 器 貴 4～ 5倍 。

表2列 出 了 采 用 變 頻 器 取 代 液 力 耦 合 器 的 投 資 回 收 期 對(duì) 比 ， 從 表 2可 以 看 出 變 頻 器 的 投 資 按 企 業(yè) 所 節(jié) 約 電 費(fèi) 計(jì) 算 ， 2～ 3年 就 可 收 回 。