液力耦合器

液力耦合器

液力耦合器

液力耦合器

fluid coupling

以液体为工作介质的一种非刚性联轴器﹐又称液力联轴器。液力耦合器(见图液力耦合器简图)的泵轮和涡轮组成一个可使液体循环流动的密闭工作腔﹐泵轮装在输入轴上﹐涡轮装在输出轴上。动力机(内燃机﹑电动机等)带动输入轴

旋转时﹐液体被离心式泵轮甩出。这种高速液体进入涡轮后即推动涡轮旋转﹐

将从泵轮获得的能量传递给输出轴。最后液体返回泵轮﹐形成周而复始的流动。液力耦合器靠液体与泵轮﹑涡轮的叶片相互作用产生动量矩的变化来传递扭矩。它的输出扭矩等于输入扭矩减去摩擦力矩﹐所以它的输出扭矩恒小于输入扭矩。液力耦合器输入轴与输出轴间靠液体联系﹐工作构件间不存在刚性联接。液力

耦合器的特点是﹕能消除冲击和振动﹔输出转速低于输入转速﹐两轴的转速差

随载荷的增大而增加﹔过载保护性能和起动性能好﹐载荷过大而停转时输入轴

仍可转动﹐不致造成动力机的损坏﹔当载荷减小时﹐输出轴转速增加直到接近

于输入轴的转速﹐使传递扭矩趋于零。液力耦合器的传动效率等于输出轴转速

与输入轴转速之比。一般液力耦合器正常工况的转速比在0.95以上时可获得较高的效率。液力耦合器的特性因工作腔与泵轮﹑涡轮的形状不同而有差异。它

一般靠壳体自然散热﹐不需要外部冷却的供油系统。如将液力耦合器的油放空

﹐耦合器就处于脱开状态﹐能起离合器的作用。

变频器调速与液力耦合器调速的优缺点比较(一)

[摘要]在风机，水泵类负载进行调速节能，先期应用的液力耦合器较多，

高压变频器技术成熟后，也越来越多地得到了应用。对于这两种调速节能的装

置进行其优缺点的比较，提高对调速节能领域的了解。

[关键词]调速变频器液力耦合器

一、引言

风机、水泵是量大面广的普通机械，其耗电量占发电总量的30%左右，而

高压电机拖动的大中型风机水泵的耗电量约占风机水泵耗电总量的50%。目前

大中型风机水泵基本上采用档板或阀门来调节风量或流量，以满足负荷变化的

要求，其浪费电能相当严重，如若采用改变电机转速来实现调节风量或流量，

无疑对节约能源，提高设备工作效率意义非常重大。但对于客户来说如何根据

自己的客观情况，选择一种经济实用的调速方式，是摆在他们面前的实际问题。本文从理论和实际两个方面对于应用高压变频器和液力耦合器的优缺点进行全

面的分析和比较。

二、高压变频器的工作原理与性能特点：

(一)、高压变频器的发展过程：

高压变频器是随着现代电力电子器件的发展而逐步发展起来的一种高压电

机调速产品，发展阶段大致为：

(1)从功率元件上分：GTR、GTO、IGBT、IGCT。

(2)从结构方式上分：高-低-高、三电平、二极管钳位多电平串联、电容钳位多电平串联、多电平单元串联叠加、直接矢量控制电流源逆变器。

(3)从控制方式上分：晶闸管电容强制换相、晶闸管电感强制换相、GTO自

关断、IGBT电压控制自关断、IGCT电流控制自关断。

(4)从控制系统上分：模拟控制，数字工控机控制，数字FPGA控制，数字DSP控制。

(二)、多电平单元串联叠加型高压变频器的基本构成：

(1)主回路构成：

由高压变频器、远控操作箱、机旁操作箱及旁路开关柜等部分组成。其中

机旁操作箱和旁路开关柜为选配设备，旁路开关柜可以采用手动或自动旁路形式，系统的单线原理图如图所示：

图1系统的单线原理图

(2)高压变频器的构成：

内部是由十八个相同的单元模块构成，每六个模块为一组，分别对应高压回路的三相，单元供电由移相切分变压器进行供电，原理图如下：

图2高压变频器内部结构图

(3)功率单元构成：

功率单元是一种单相桥式变换器，由输入切分变压器的副边绕组供电。经整流、滤波后由4个IGBT以PWM方法进行控制，产生设定的频率波形。变频器中所有的功率单元，电路的拓扑结构相同，实行模块化的设计。其控制通过光纤发送。原理框图如下所示：

图3功率单元原理框图

来自主控制器的控制光信号，经光/电转换，送到控制信号处理器，由控制电路处理器接收到相应的指令后，发出相应设的IGBT的驱动信号，驱动电路接到相应的驱动信号后，发出相应的驱动电压送到IGBT控制极，操作IGBT关断和开通，输出相应波形。

功率单元中的状态信息将被收集到应答信号电路中进行处理，集中后经电/光转换器变换，以光信号向主控制器发送。

(三)、高压变频器运行原理：

高压变频器的每个功率单元相当于一个三电平的二相输出的低压变频器，通过叠加成为高压三相交流电，以6KV变频器为例，论述：6KV输出电压的变频器，每相有6个功率单元相串联。单元的输入电压为三相600V，输出则为单相577V，单元相互串联叠加后可输出相电压3464V。当变频器输出频率为50HZ 时，相电压为13阶梯波，如下图所示。图中UA1…UA6分别为A相6个功率单元的输出电压，叠加后为变频器A相输出电压UA0。图中显示出了生成PWM控

制信号时所采用A相参考电压UAr，可以看出UA0很好地逼近UAr。UAF为A相输出电压中的基波成分。

图3相电压回路叠加波形

由于变频器中点与电动机中性点不连接，变频器输出实际上为线电压，由A相和B相输出电压产生的UAB输出线电压可达6000V，为25阶梯波。如下图所示，为输出的线电压和相电压的阶梯波形，UAB不仅具有正弦波形而且台阶数也成倍增加，因而谐波成分及dV/dt均较小。

图4线电回路叠加波形

(四)多电平单元串联叠加型变频器的三相波形输出质量：

高压变频器在运行后，将输入的工频的三相高压交流电转化为可以进行频率可调节的三相交流电，其电压和频率按照V/F的设定进行相应的调节，保持电机在不同的频率下运行，而定子磁心中的主磁通保持在额定水准，提高电机的转换效率，在下图中是在现场运行时，经过PT采集的电动机三相输入波形：

图5电动机入电压波形

多重叠加应用，高压变频器输出电压的谐波含量很低，已达到常规供电电压允许的谐波含量，同时输出电压的dV/dt较小，不会增加电机绕组的应力，可以向普通标准型交流电动机供电，不需要降容或加输出滤波电抗器，保证了高压设备的通用性。

在变频器输入侧，由于变频器多个副边绕组的均匀位移，如6KV输出时共有+250、+150、+50、-50、-150、-250共6种绕组，变频器原边电流中对应的电流成分也相互均匀位移，构成等效36脉动整流线路，变流转换产生的谐波都相互抵消，湮灭。工作时的功率因数达0.95以上，不需要附加电源滤波器或功率因数补偿装置，也不会与现有的补偿电容装置发生谐振，对同一电网上运行的电气设备没有任何干扰。

(四)高压变频器的性能特点：