变频装置与液力耦合器对比说明(分享借鉴)

变频装置与调速型液力耦合器对比说明

一、变频装置简介

1 变频装置变频调速的方法

变频调速就是通过改变输入到交流电机的电源频率，从而达到调节交流电动机的输出转速的目的。交流异步电动机的输出转速由下式确定：

n=60f (1-s)/ p

式中 n 电动机的输出转速

f 输入的电源频率

S 电动机的转差率

p 电机的极对数

由上式可知，电动机的输出转速与输入的电源频率、转差率、电机的极对数有关系，因而交流电动机的直接调速方式主要有变极调速(调整p)、转子串电阻调速或串级调速或内反馈电机(调整S)和变频调速(调整f)等。变频器从电网接收工频 50Hz 的交流电，经过恰当的强制变换方法，将输入的工频交流电变换成为频率和幅值都可调节的交流电输出到交流电动机，实现交流电动机的变速运行。将工频交流电变换成为可变频的交流电输出的变换方法主要有两种：一种称为直接变换方式，又称为交交变频方式，它是通过可控整流和可控逆变的方式，将输入的工频电直接强制成为需要频率的交流输出，因而称其为交流-交流的变频方式。另一种称为间接变换方式，又称为交-直-交变频方式，它是先将输入的工频交流电通过全控/半控/不控整流变换为直流电，再将直流电通过逆变单元变换成为频率和幅值都可调节的交流电输出。

2 变频装置节能原理

2.1功率因数补偿节能

无功功率不但增加线损和设备的发热，更主要的是功率因数的降低导致电网有功功率的降低，大量的无功电能消耗在线路当中，设备使用效率低下，浪费严重，由公式 P=S×cosФ, Q=S×sinФ，其中 S－视在功率，P－有功功率，Q －无功功率，COSФ－功率因数，可知COSФ越大，有功功率P越大，普通电机的功率因数在0.6-0.7之间，使用变频调速装置后，由于变频器内部滤波电容的

作用（滤波、电能储存、无功功率缓冲），使得COSФ≈1，从而减少了无功损耗，增加了电网的有功功率。

2.2 软启动节能

由于电机为直接启动或Y/D启动，启动电流等于(4-7)倍额定电流，这样会对机电设备和供电电网造成严重的冲击，而且还会对电网容量要求过高，启动时产生的大电流和震动时对挡板和阀门的损害极大，对设备、管路的使用寿命极为不利。而使用变频节能装置后，利用变频器的软启动功能将使启动电流从零开始，最大值也不超过额定电流，减轻了对电网的冲击和对供电容量的要求，延长了设备和阀门的使用寿命。节省了设备的维护费用。

变频是通过改变电源特性，即供电电源频率来实现电机转速的控制。

优点：

（1）现场安装接线简单。

（2）调速性能优越。

（3）多机功率平衡功能好。

（4）主要适用于下运工况等调速要求高、控制精度高的场合。

（5）下运工况中产生的高次谐波对电网的污染严重，对其它弱电设备尤其是传感信号干扰性强；而变频装置中的滤波器具有抑制谐波作用，从而保护电网。

缺点：需要配套适用变频电机，如果不采用专用变频电机，而采用普通电机，由于谐波影响，电机发热量比使用工频供电时要大。

二、调速型液力偶合器

2.1 工作原理

调速型液力偶合器由泵轮、涡轮、转动外壳、导流管等组成。泵轮将电动机的机械能转变成工作油的动能和势能，而涡轮则将工作油的动能和势能又转变为输出轴的机械能，从而实现能量的柔性传递。只要改变导流管的位置，就能改变偶合器中工作油的充满度，从而可以在原动机转速不变的条件下实现软起动和调速功能。

2.2 性能分析

优点：

1.能够实现电机的空载起动，减少对电网的冲击；

2.具有过载保护功能，能够保护传动设备；

3.结构简单；

缺点：

1.控制精度低，在起动至全速的起动过程中不平稳。

2.效率低，由于滑差的存在，其效率损失为8%～10%，以热能的形式进行损失，不利于节能。

3.功率不平衡度在8%左右。

4.后期维护量大。

三、变频与液力耦合器比较

起动性能优越：变频器一般采用 V/f 或者恒转矩控制，启动转矩可以做到等于最大输出转矩；调速型液力耦合器由于动力靠泵轮、涡轮传递，因此起动力矩小。

系统效率高：变频器输出直接和电机相连接，效率高；调速型液力耦合器能量传递的环节多，系统运行效率低。

负载特性良好：变频器负载可以在很大的范围来调节；调速型液力耦合器过载能力较差，系统中任何负载的增加都将引起打滑。

成本比较：在采购成本上相比较，变频器比调速型液力耦合器高，但变频器的运行成本和维护成本却远比调速型液力耦合器低。调速型液力耦合器的日常维护比变频器工作量大、维护成本高，更重要的是调速型液力耦合器零部件采购价高、周期长，很难满足用户的实际使用需求。

变频器与调速型液力耦合器比较表

特性调速型液力耦合器方案变频驱动方案

启动特性＊启动加速度大，可控性差；

＊负载启动力矩小；

＊启动损耗大

＊启动电流大

＊具有类似直流电机的力矩

特性；

＊负载启动力矩大；

＊启动电流小；

＊启、制动过程平稳；

运行特性＊启、制动及运行较平稳；

＊转速同步精度一般；

＊运行时电机效率较低；

＊多机功率平衡实现困难

（滑差调节损失大）

＊多电机输出功率平衡性能

好（主、从衡转矩闭环控制）；

＊转速同步精度高（主、从

速度闭环控制）；

＊启、制动及运行平稳；

＊电机运行效率较高；

＊可实现低速验带；

调速特性＊调速依靠减少腹腔内油

量，为模糊控制，无法实现精

确调速；

＊不能长时间调速运行；

＊可方便的在线调节输送机

的带速，以满足实际生产的需

要；

＊当实际负载明显减小时，

可自动降低输送机的速度，节

能降耗；

可靠性＊可靠性一般；＊可靠性高，设备寿命长；

节能特性＊没有明显的节能效果；＊轻负载降速运行时节电效果明显，减少机械系统的损耗；

＊节能效果约为 10%～30%；

维护

＊维护量较大，且日常维护

费用大；＊维护量小；

＊无日常维护费用；

综上所述，变频装置的驱动方案要优于调速型液力耦合器，且本次项目中CT3与CT7为下运工况带式输送机，下运工况采用变频装置具有需软制动、控制精度高、反馈发电对电网无污染等特点，若配置调速型液力耦合器，具有滑差，速度控制精度差，且反馈电能产生的高次谐波对电网的污染严重，对其它弱电设备尤其是传感信号干扰性强；对电网有污染，对周围设备的正常运行影响很大，严重情况下造成其它设备的无故障停车。故考虑下运皮带机可靠性推荐使用变频装置。