高压变频器与液力耦合器比较

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1、高压变频器与液力耦合器比较高压变频器与液力耦合器比较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，并已有产品供给于市场，在不少的产业部分中得到广泛的应用，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

2、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先容，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，尚未在产业中应用之前，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

3、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很多固有的缺点，但它仍在以其价格低廉的上风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上风，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题目。作者根据自己熟悉及所了解的情况，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，以及客户关心的题目进行比较和分析。其扼要的比较如表1所示。

4、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510054

5、00r/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中断的冲水冷却等措施，即使如此，

6、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题目，负载与电动机同轴，电性能达到额定转速，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)。在电机结构答应的情况下，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)起动性能高压变频用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

7、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47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答应的。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闸管高压软起动器。(6)可靠性调速设备的可靠性是客户最关心的、最基本的、也是最主要的指标之一，它是能否保证生产的正常运行的关键指标。高压变频器的可靠性高，故障率低，这在很多高压变频器应用中得到证实。而液

8、力耦合器则可靠性差，特别是漏油和打坏齿轮等。(7)维修工作量高压变频器由于可靠性高，故障率低而使其维修量少，据某电厂反映，给水泵采用的进口液力耦合器维修工作量仅打坏齿轮一项就需维修费30余万元。当然，这也可能仅是个别的例子。但总的来看液力耦合器的维修工作量大于高压变频器的维修工作量。(8)故障情况下对生产的影响在调速设备一旦发生故障时对生产会有什么影响，也是用户关心的一个题目。高压变频器一旦发生故障，则可立即切出，并切换到工频电源上，使负载(风机、水泵等)能保持连续运行。液力耦合器由于连接在电机和风机之间，一旦液力耦合器出了故障，负载便不能运行，不能保证生产的连续性。(9)设备的利用率即是否能

9、够充分的利用调速设备。高压变频器可以一机多用，即一台高压变频器可以通过开关切换设备控制几台高压电机的运行。液力耦合器只能一机一用，一台液力耦合器只能供一台负载使用。(10)功率因数高压变频器由于采用二极管整流，可以保证电网侧的功率因数在0.95以上。液力耦合器调速则使电网侧功率因数降低，由于风机的电机的裕量都较大，输进电流中无功分量就越大，导致其在低功率因数下运行。(11)价格价格的高低是客户关心的重要指标之一。高压变频器的价格贵，液力耦合器价格便宜，这是液力耦合器与高压变频器相比的主要上风之一。(12)占地面积高压变频器设备占地面积较大，它包括变频器本身和与之配套的设备，但它可分散安装在控制

10、室(如变频器)或室外(如变压器)；液力耦合器占地面积小，但它必须安装在电机和负载之间并与之同轴，需作基础固定。3高压变频器与液力耦合器应用于风机调速节能的比较参考文献1的作者在这方面进行大量的卓有成效的工作，本文直接引用了参考文献1中的一些内容。根据某发电厂一台20万kw机组风机选型，并加装液力耦合器改造的试验状况，计算比较了该吸风机采用进口档板，液力耦合器调速和高压变频器调速三种调节方式功率损耗的情况。三种调节方式在不同发电负荷时电动机的输进电流，综合功率损耗分别如图2和图3所示。图2三种调节方式在不同发电负荷时电动机的输进电流图3三种调节方式在不同发电负荷时电动机的综合功率损由图2和图3可

11、以看出：(1)高压变频调速调节效率最高,耗电量最少,液力耦合器变速调节次之,档板调节耗电量最大。(2)液力耦合器在发电机组满负荷时，转差s=0.27，效率=73%，二者基本成反比，而变频调速在调速的全范围内效率基本不变，保持在95%左右，所以它节电明显。(3)使用液力耦合器输进电流中含有很大的无功分量,而使用变频调速则无功分量很小,因而输进电流比使用液力耦合器时小得多。根据gb12497-95三相异步电动机经济运行的规定，异步电动机运行时，因无功功率使电网增加的有功损耗应计算到异步电动机的功率损耗中，因此参考文献1用该标准给出的电动机综合效率进行计算比较，根据该机组三天(包括周六和周日)的日负

12、荷曲线(图4)所计算的结果如表2所示。表2三种调节方式的吸风机日耗电量(单位kw)图4日负荷曲线按机组年运行7200小时(300天)计算,以图4给出的负荷曲线作为典型日负荷曲线,应用高压变频调速年节电350万kwh以上,而使用液力耦合器年节电能为100多万kwh。4经济性评价对风机，水泵等设备进行调速节能改造时，首先应进行可行性分析，进行经济性评价，在评价时，通常采用回收投资年限比较法，这种方法是通过节约的电费与改造设备的投资及安装费的比较，以投资收回的年限最短为最优方案。上述应用实例中，用这种方法计算，高压变频器的投资回收期t为t=投资额/年节电费=350/108=3.2年而液力耦合器的投资

13、回收期为1年多。这种经济性评价方法有一定的局限性,没有考虑设备的使用年限、运行用度、维修用度等因素。参考文献2所提出的将来用度折算现值法是比较全面，可以采用的一种经济性评价方法。这种方法是指所购买设备费，设备安装调试费，维持在设备使用寿命期间所需的运行费，维修费的折算现值，以总现值年均匀最低为最优方案。将来用度折算现值可按下式计算fe=tste+ts(hddf+wx)ys10-4式中：fe将来用度现值万元ts风机台数te风机和调速等附加装置总投资万元hd风机系统的年耗电量kwh/年df电费元/kwh ys调速设备的使用寿命年wx风机和附加设备的年维修费元这种经济性评价方法不仅考虑了设备的一次投

14、资和它的节电率，还考虑它的维修费，运行用度，使用年限等因素。它和回收投资年限法相比是一种比较全面比较科学的经济性评价方法。对于上述应用实例，用这种方法计算，高压变频器的投资回收期比液力耦合器的投资回收期相当，甚至投资回收期还短些，可见高压变频器方案优于液力耦合器。5结束语通过上述对高压变频器和液力耦合器的优缺点的分析，及其在风机水泵在调速节能运行应用中的比较，不难得出这样的结论：高压变频器在技术经济等方面都是优越的、先进的。它和液力耦合器相比，不仅技术先进，而且经济公道。尽管高压变频器的初期投资远高于液力耦合器，但它的综合经济效益优于液力耦合器，它不仅是风机水泵调速节能运行的发展方向，而且也符

15、合国家政策的规定，是应当大力推广的先进技术。参考文献1白恺.火力发电厂大型电动机应用变频调速技术的可行性a.电厂高压电动机变频调速装置c.中国电力技术协会,中国电力器乐联合会科技服务中心.2刘家钰,齐春松.电厂风机(泵)变频调速技术经济分析a.电厂高压电动机变频调速装置c.中国电力技术协会,中国电力器乐联合会科技服务中心.3张永惠.高压变频器技术的比较j.变频器世界,2001(8).4上海节能办公室等风机水泵调速节能手册m.北京：机械产业出版社,1987.作者简介范维浩(1955-)男高级工程师主要从事单片机产品的研发和自动化技术的应用及教学工作。历史上的今天：2010-10-21 2010-10-21生日2010-10-21终于将淘宝的店铺开启了2010-10-21华为交换机基本配置2010-10-217230842A