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用变频器取代液力耦合器势在必行

摘要：从上世纪80年代迄今，国内先后投入运行的液力耦合器近4000台，功率大多为300～3200kW，每年节电20亿kWh以上，为国家创造了较高的经济效益。但是，其转差损耗不可忽视。通过分析说明用大功率变频装置取代液力耦合器，则节能效果更高。

关键词：低效调速系统；液力耦合器；国产高压变频器；投资回收期

1 低效调速系统分析

不改变异步电机同步转速n0的交流调速系统称为有转差调速系统，如调压调速，电磁滑差调速，液力耦合器调速等。存在有转差调速的系统，对于平方转矩的负载（如风机、水泵等），调速后所节约功率标幺值为

G(s)=1－(n/n0)2 （1）

式中：n为电机运行转速；

n0为电机同步转速。

采用液力耦合器等调速装置则需增加转差损耗 Ps，其大小随s变化而变化，具体见图1所示。

图1 不同负载时 Ps和G(s)与n/n0的关系

在转速为n时，忽略不计电机本身损耗的情况下，输入功率P1=（1－s）P10 (1－s)致使接触端子的切口也很小P20，故转差损耗标幺值为

Ps＊= =(1－s)3=s(1－s)2

求其极值d Ps＊/ds=0，得(1－s)(1－3s)=0

即s=1（极小值），s=1/3（极大值）。

具有非常好的改性效果将s=1/3代入 Ps＊得 Psmax＊=（1/3）(1－1/3)2=4/27=0.148，说明对于离心式风机，水泵、转差损耗 Ps在2/3额定转速时为最大。不同s时 Ps＊数值，见表1。

表1 负载转矩M与n2成正比例时的 Ps＊

由表1可知：s自0 1/3时， Ps生产线＊由极小值0增大至极大值0.148；s自1/3 1时， Ps＊由极大值0.148减小至极小值0。

2 用国产变频器替代大功率液力耦合器调速势在必行

20多年前盛行采用液力耦合器对水厂供水泵 及 电 盘锦厂 引 风 机 等 进 行 调 速 节 能 。 受 当 时 条 件 所 限 ， 变 频 调 速 技 术 不 成 熟 且 无 法 提 供 高 压 大 功 率 变 这也是恩格尔为NCC提供的第1台注塑机频 装 置 ， 而 液 力 耦 合 器 投 资 便 宜 。 如 今 ， 若 采 用 进 口 变 频 器2 000～ 2 500元 /kW， 投 资 回 收 期 过 长 （ 达 5～ 6年 ） ， 而 近 年 来 国 产 高 压 大 功 率 变 频 技 术 趋 向 成 熟 ， 价 格 1 200～ 1 500元 /kW， 预 计 不 久 将 来 会 下 降 到 1 000元 /kW左 右 ， 比 传 统 的 相比普通的塑料也更加耐磨耐刮液 力 耦 合 器 贵 4～ 5倍 。

表2列 出 了 采 用 变 频 器 取 代 液 力 耦 合 器 的 投 资 回 收 期 对 比 ， 从 表 2可 以 看 出 变 频 器 的 投 资 按 企 业 所 节 约 电 费 计 算 ， 2～ 3年 就 可 收 回 。

表2 投资回收期对比＊

＊注：年运行时间按7000h计；电费电厂按0.22元/kW h，企业按0.54元/kW h计；变频器价格 500kW按660V等级变频器计算，680kW～3000kW为国产变频器2004年后预计价电视天线格。

华北某电厂引风机采用三种调节方式的测试数据如下：

该异步电机额定值PN=1250kW，UN=6kV，cos N=0.85， N=95％，nN=742r/min，3种洗发液调节方式在不同发电负荷时的电动机输入电流，综合功率损耗分别如图2和图3所示，日耗电量见表3所列。

图2 电动机输入电流

图3 综合功率损耗

表3 3种调节方式的引风机日耗电量

由于液力耦合器设计有一定的容量裕度，机组满负荷发电时转差率s 0.27，效率 =73％，又有转差附加损耗14％左右；而变频器在全调速范围内效率基本不变，保持在95％左右。因此，变频器调速比液力耦合器变速节能效果更显著。

按机组年运行7200h(300d)，应用变频调速年节电350万kW h，而使用液力耦合器年节电约100万多kW h，两者相差250万kW h。

投资对比如表4所列，从表4可知投资回收期约为2年3个月。

表4 1250kW设备投资对比万元

3 结语

综合上述分析可知，从节能考虑国内大容量风机、水泵采用国产变频器调速更合理。

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