用變頻器取代液力耦合器勢在必行

摘要：從上世紀80年代迄今，國內先后投入運行的液力耦合器近4000臺，功率大多為300～3200kW，每年節電20億kWh以上，為國家創造了較高的經濟效益。但是，其轉差損耗不可忽視。通過分析說明用大功率變頻裝置取代液力耦合器，則節能效果更高。

關鍵詞：低效調速系統；液力耦合器；國產高壓變頻器；投資回收期

1??? 低效調速系統分析

??? 不改變異步電機同步轉速n0的交流調速系統稱為有轉差調速系統，如調壓調速，電磁滑差調速，液力耦合器調速等。存在有轉差調速的系統，對于平方轉矩的負載（如風機、水泵等），調速后所節約功率標幺值為

??? G(s)=1－(n/n₀)^2??? （1）

式中：n為電機運行轉速；

????? n₀為電機同步轉速。

??? 采用液力耦合器等調速裝置則需增加轉差損耗ΔP_s，其大小隨s變化而變化，具體見圖1所示。

圖1??? 不同負載時ΔP_s和G(s)與n/n₀的關系

??? 在轉速為n時，忽略不計電機本身損耗的情況下，輸入功率P₁=（1－s）P₁₀≈(1－s)P₂₀，故轉差損耗標幺值為

??? 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，說明對于離心式風機，水泵、轉差損耗ΔP_s在2/3額定轉速時為最大。不同s時ΔP_s^＊數值，見表1。

表1??? 負載轉矩M與n²成正比例時的ΔP_s^＊

2??? 用國產變頻器替代大功率液力耦合器調速勢在必行

??? 20多年前盛行采用液力耦合器對水廠供水泵 及 電 廠 引 風 機 等 進 行 調 速 節 能 。 受 當 時 條 件 所 限 ， 變 頻 調 速 技 術 不 成 熟 且 無 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 口 變 頻 器2 000～ 2 500元 /kW， 投 資 回 收 期 過 長 （ 達 5～ 6年 ） ， 而 近 年 來 國 產 高 壓 大 功 率 變 頻 技 術 趨 向 成 熟 ， 價 格 1 200～ 1 500元 /kW， 預 計 不 久 將 來 會 下 降 到 1 000元 /kW左 右 ， 比 傳 統 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 比 ， 從 表 2可 以 看 出 變 頻 器 的 投 資 按 企 業 所 節 約 電 費 計 算 ， 2～ 3年 就 可 收 回 。

表2??? 投資回收期對比^＊

??? 華北某電廠引風機采用三種調節方式的測試數據如下：

??? 該異步電機額定值P_N=1250kW，U_N=6kV，cosφ_N=0.85，η_N=95％，n_N=742r/min，3種調節方式在不同發電負荷時的電動機輸入電流，綜合功率損耗分別如圖2和圖3所示，日耗電量見表3所列。

圖2??? 電動機輸入電流

圖3??? 綜合功率損耗

表3??? 3種調節方式的引風機日耗電量

??? 按機組年運行7200h(300d)，應用變頻調速年節電350萬kW·h，而使用液力耦合器年節電約100萬多kW·h，兩者相差250萬kW·h。

??? 投資對比如表4所列，從表4可知投資回收期約為2年3個月。

表4??? 1250kW設備投資對比萬元

3??? 結語

??? 綜合上述分析可知，從節能考慮國內大容量風機、水泵采用國產變頻器調速更合理。