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ΔP_s，其大小随s变化而变化，具体见图1所示。

图1    不同负载时ΔP_s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)P₂₀，故转差损耗标幺值为

    ΔP_s^＊=≈=(1－s)³=s(1－s)²

求其极值dΔP_s^＊/ds=0，得(1－s)(1－3s)=0

即s=1（极小值），s=1/3（极大值）。

    将s=1/3代入ΔP_s^＊得ΔP_smax^＊=（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ΔP_s在2/3额定转速时为最大。不同s时ΔP_s^＊数值，见表1。

表1    负载转矩M与n²成正比例时的ΔP_s^＊

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 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 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 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^＊

    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P_N=1250kW，U_N=6kV，cosφ_N=0.85，η_N=95％，n_N=742r/min，3种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

    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。