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(guò)分析說(shuō)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(chēng)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(jiàn)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(shuō)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(jiàn)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(chǎng)供水泵 及 電 廠(chǎng) 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(wú) 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(guò) 長(zhǎng) （ 達(dá) 5～ 6年 ） ， 而 近 年 來(lái) 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(lái) 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 。

表2??? 投資回收期對(duì)比^＊

??? 華北某電廠(chǎng)引風(fēng)機(jī)采用三種調(diào)節(jié)方式的測(cè)試數(shù)據(jù)如下：

??? 該異步電機(jī)額定值P_N=1250kW，U_N=6kV，cosφ_N=0.85，η_N=95％，n_N=742r/min，3種調(diào)節(jié)方式在不同發(fā)電負(fù)荷時(shí)的電動(dòng)機(jī)輸入電流，綜合功率損耗分別如圖2和圖3所示，日耗電量見(jiàn)表3所列。

圖2??? 電動(dòng)機(jī)輸入電流

圖3??? 綜合功率損耗

表3??? 3種調(diào)節(jié)方式的引風(fēng)機(jī)日耗電量

??? 按機(jī)組年運(yùn)行7200h(300d)，應(yīng)用變頻調(diào)速年節(jié)電350萬(wàn)kW·h，而使用液力耦合器年節(jié)電約100萬(wàn)多kW·h，兩者相差250萬(wàn)kW·h。

??? 投資對(duì)比如表4所列，從表4可知投資回收期約為2年3個(gè)月。

表4??? 1250kW設(shè)備投資對(duì)比萬(wàn)元

3??? 結(jié)語(yǔ)

??? 綜合上述分析可知，從節(jié)能考慮國(guó)內(nèi)大容量風(fēng)機(jī)、水泵采用國(guó)產(chǎn)變頻器調(diào)速更合理。