浅谈高压变频器与液力耦合器调速的比较

浅谈高压变频器与液力耦合器调速的比较

魏琪航

大唐黑龙江发电有限公司哈尔滨第一热电厂 黑龙江 哈尔滨 150076

摘要：高压变频调速技术是目前为止性能最好，效率最高，最为理想的交流电机调速技术。高压变频器已在许多工业部门得到了广泛应用，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。

关键词：高压变频；调速；维护；经济效益

1 前言

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。笔者根据公司引风机变频器改造（机组投产初期，引风机采用液力耦合器调速方式调节，后通过技术改造为高压变频方式调节）前后数据对比，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

2.1 高压变频器和液力耦合器主要技术经济指标的比较

2.2 调速范围

高压变频器调速范围宽，达到l0：l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。

2.3 调速精度

高压变频器调速精度达到0.1 Hz， 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。

2.4 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。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,若威胁到液力耦合器安全时,不得不降低设备出力，以使温度降下来。

2.5 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1％ 左右。

2.6 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。例如哈一热电厂的2号炉引风机，功率为2600kW，在采用液力耦合器的情况下，电机启动时，6kv母线电压瞬间降到了5.5kv,电机的起动电流对电网的冲击很大，不利于电网的安全稳定运行。

2.7 设备可靠性

调速设备的可靠性尤为重要，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，这在许多电厂高压变频器应用中得到证实。而液力耦合器则可靠性差，特别是漏油和打坏齿轮等。

2.8 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，哈一热电厂原2号炉引风机液力耦合器经常出现滴漏现象，正常的维护次数也是较高的，引风机改为变频器以后，总的来看高压变频器的维修工作量小于液力耦合器的维修工作量。

2.9 故障情况下对生产的影响

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。

3经济性评价

对风机调速方式进行选择时，首先应进行可行性分析和经济性评价，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。虽然液力耦合器的投资回收期要比高压变频器短，但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、运行费用、维修费用等因素。可按“将来费用折算现值”法进行计算，该计算方法是比较全面，可以采用的一种经济性评价方法。具体计算是指所购买设备费，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，以总现值年平均最低为最优方案。将来费用折算现值可按下式计算：

FE=TS×TE+TS ×( HD × DF+WX ) × YS× 10^-4

FE一将来费用现值万元

TS一风机台数

TE一风机和调速等附加装置总投资万元

HD一风机系统的年耗电量 kwh／年

DF一电费元／kWh

YS一调速设备的使用寿命年

WX一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资和它的节电率，还考虑它的维修费，运行费用，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，可见高压变频器方案优于液力耦合器。

4 结束语

通过对引风机变频调速与液耦调速的比较，高压变频器在技术经济等方面都是优越的、先进的。不仅是节能明显，同时也改善了风机和电动机的使用寿命。在启动性能上实现平稳启动，对电网冲击大大减小，这点对设备本身及电网伤害将降低到最小，设备可靠性大大提高。它和液力耦合器相比，不仅技术先进，而且经济合理。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) 伸明振、赵相宾主编的 《高压变频器应用手册》，机械工业出版社 2009年7月印刷

(2) 孙成宝、金哲主编的《现代节电技术与节电工程》，中国水利水电出版社 2005年6月印刷

(3) 刘家钰、齐春松主编的《电厂风机(泵)变频调速技术经济分析》、《电厂高压电动机变频调速装置》，中国电力技术协会、中国电力器乐联合会科技服务中心出版社