許多企業(yè)從事生產(chǎn)的過(guò)程中，幾乎免不了在變頻與液力耦合器之間做出選擇。本文結合實(shí)際就風(fēng)機、泵類(lèi)設備的耦合器與變頻器的選用與節能做了分析，更同行參考。
從事電廠(chǎng)技術(shù)管理工作多年，在生產(chǎn)過(guò)程中經(jīng)常遇到對于電機調速控制方式的選擇，本文就常用的兩種調速節能進(jìn)行了分析，以期達到同行交流提高的目的。
1 變頻調速與液力偶合器調速的工作原理
電動(dòng)機采用變頻調速后，電動(dòng)機轉軸與負載直接相連，電動(dòng)機由變頻器直接供電，而不再通過(guò)電網(wǎng)供電，這樣就減小了對電網(wǎng)的沖擊，變頻器啟動(dòng)是通過(guò)改變電動(dòng)機的供電頻率改變電機轉速，可實(shí)現電流從零開(kāi)始啟動(dòng)，然后平緩升到電機的額定電流工作，從而實(shí)現在相當寬的頻率范圍內對電機無(wú)級調速控制，從而減小了機械振動(dòng)，減小了對電機及相關(guān)設備的損害，調速過(guò)程中變頻器具有優(yōu)異的功率因數特性，有利于提高電機設備使用壽命。
通過(guò)變頻調速后，異步電動(dòng)機轉速公式為：
n=60f(l-s)/p
式中f為變頻器輸出頻率，s為異步電動(dòng)機轉差率，p為電動(dòng)機極對數。
液力偶合器的實(shí)質(zhì)是離心泵與渦輪機的組合，主要由輸入軸、輸出軸、泵輪、渦輪、輔室及安全保護裝置等構成。液力耦合器的泵輪和渦輪組成一個(gè)可使液體循環(huán)流動(dòng)的密閉工作腔，泵輪裝在輸入軸上，渦輪裝在輸出軸上。液力耦合器工作原理通過(guò)控制偶合器工作腔內工作油液的動(dòng)量矩變化，改變電機輸出轉速，液力耦合器靠液體與泵輪、渦輪的葉片相互作用產(chǎn)生動(dòng)量矩的變化來(lái)傳遞扭矩。泵輪象離心泵一樣使工作腔的油液獲得液體能（包括動(dòng)能和位能）使油液自泵輪內緣沖向外緣，液流穿過(guò)兩輪間的間隙到達渦輪，而渦輪的作用就象透平機，當液流在渦輪葉片間的通道由外緣向中心流動(dòng)時(shí)，就將液流的液體能轉變成了渦輪的機械能。液流在返回泵輪時(shí)就開(kāi)始了下一個(gè)循環(huán)，這樣旋轉著(zhù)的液流就把電機的動(dòng)力傳到了所帶負載上，達到控制負載轉速的目的。液力偶合器也可以實(shí)現負載轉速無(wú)級調節，但電動(dòng)機仍是電網(wǎng)直接供電，且全速運行。
2 變頻調速與液力偶合器調速的節能比較
2.1 功率損耗的原因
無(wú)論采用變頻控制還是液力耦合控制，除電動(dòng)機本身的機械性能功率損耗外，均存在著(zhù)額外功率損耗，液力耦合器通過(guò)液力變送，加上電動(dòng)機輸出軸的機械損耗，其效率應小于1，同樣通過(guò)變頻器調速，逆變后送入電動(dòng)機電樞，效能也會(huì )小于1。而且在全轉速范圍內，兩種方式的效率曲線(xiàn)也不一樣。
圖1“兩種調速方式效率曲線(xiàn)"為典型的變頻器和液力偶合器的效率-轉速曲線(xiàn)，隨著(zhù)輸出轉速的降低，液力偶合器的效率基本上正比例關(guān)系降低，而變頻器在輸出轉速下降時(shí)效率仍然較高。
從曲線(xiàn)數據看，當輸出轉速降低時(shí)，液力偶合器的效率比變頻調速的效率下降快得多，因此變頻調速的低速特性比液力偶合器要好。當然，有一點(diǎn)我們應該看到，就是用于風(fēng)機、泵類(lèi)負載時(shí)，由于其軸功率與轉速的三次方成正比，當轉速下降時(shí)，雖然液力偶合器效率正比下降，但電動(dòng)機綜合軸功率還是隨著(zhù)轉速的下降成二次方比例下降，因此也能起到節能作用。
變頻調速通過(guò)電力電子整流和脈寬調制逆變技術(shù)改變電動(dòng)機電樞的電壓和頻率，自身消耗功率很少，器件損耗與輸出功率成正比，因此變頻調速可保持高效運行。而液力偶合器依靠泵和渦輪往復循環(huán)液流產(chǎn)生能量，然后傳輸給電機，從而帶動(dòng)負載，綜合利用效率較低。
圖1 兩種調速方式效率曲線(xiàn)
2.2 理論計算節能比較
從理論上進(jìn)行計算，舉例說(shuō)明如下：1000 KW風(fēng)機風(fēng)量從100%降低到70%，由于流量與轉速一次方成正比，因此轉速可以降低70%，負載功率理論上降為34.3%，如果采用直接高高變頻調速，其效率按0.95算，再考慮電動(dòng)機效率在低功率時(shí)有所下降、和管道系統效率有所下降，電網(wǎng)總輸入功率約34.3%/0.95/0.85/0.95=44.71%，即447.1 KW，節能55.29%，全年按300日計算，年節電398萬(wàn)度。如果采用液力偶合器，其效率按0.665計算，電網(wǎng)總輸入功率約34.3%/0.665/0.85/0.95=63.87%，即638.7 KW，節能36.13%，年節電260萬(wàn)度。
2.3 實(shí)測節能比較
以實(shí)測一臺20萬(wàn)千瓦機組引風(fēng)機改裝液力偶合器及變頻調速為例：該異步電動(dòng)機額定值為1250 KW，6 KV、142 A、額定效率95%、額定轉速742 rpm、額定功率因數0.85。
按機組年運行300日7200小時(shí)計，應用變頻調速年節電385萬(wàn)度，而應用液力藕合器年節電268萬(wàn)度。雖然電動(dòng)機功率不一致，但實(shí)測的節電比例與理論計算值基本一致。
3 變頻調速與液力偶合器調速的其他性能比較
變頻調速與液力偶合器調速在節能方面有明顯的差異之外，另外還在功率因數、起動(dòng)性能、維護可靠性方面都存在著(zhù)一定的差異，其主要體現在以下幾個(gè)方面：
3.1 功率因數
通過(guò)變頻器調速能夠保持較高的功率因數，當轉速達到20%以上時(shí)，功率因數一般都在0.95以上運行，而液力耦合器功率因數相對較小，在70%以下轉速運行時(shí)，功率因數大約為0.7左右，如需提高功率因數，必須采取增加功率補償裝置。
3.2 起動(dòng)性能
通過(guò)變頻調速裝置啟動(dòng)電機時(shí)，電動(dòng)機保持額定轉矩起動(dòng)，電網(wǎng)輸入電流很小，對電網(wǎng)沖擊較小，不影響同電網(wǎng)下其他設備的運行，而且起動(dòng)過(guò)程中電流可控，起動(dòng)點(diǎn)和爬坡時(shí)間可設置，可很好的控制起動(dòng)電流，達到平緩起動(dòng)。而液力耦合器起動(dòng)電流一般是負載的6倍左右，即便增加額外裝置后，起動(dòng)電流也較大，將會(huì )對電網(wǎng)沖擊較大，同時(shí)會(huì )干擾其他設備運行，嚴重會(huì )造成設備損壞，造成嚴重的經(jīng)濟損失。
3.3 運行可靠性、運行維護
變頻器裝置采用的電子線(xiàn)路技術(shù)比較成熟，高壓變頻具有單元自動(dòng)切換和盈余運行的特性，可連續高速運行，可靠性得到保障，維護簡(jiǎn)單易行，只需更換過(guò)濾網(wǎng)即可，而液力偶合器機械結構和管路系統比較復雜，維護難度較大，長(cháng)期運行比較困難，一旦出現故障，將無(wú)法運行，必須停機處理，給生產(chǎn)造成一定的
損失。
因此，對于選擇調速需要的設備，初選調速方式，宜選目前技術(shù)已經(jīng)比較成熟的變頻調節方式為宜。
