一、變頻調(diào)速與液力偶合器調(diào)速的工作原理 電動機(jī)采用變頻調(diào)速后，電動機(jī)轉(zhuǎn)軸與負(fù)載直接相連，但電動機(jī)不再由電網(wǎng)直接供電，而是由變頻器供電，變頻器通過改變電動機(jī)的供電頻率改變電機(jī)轉(zhuǎn)速，因此可以實現(xiàn)相當(dāng)寬的頻率范圍內(nèi)無級調(diào)速，而且在全范圍內(nèi)具有優(yōu)異的效率和功率因素特性。 采用變頻調(diào)速后，異步電動機(jī)轉(zhuǎn)速n=60f（1-s）/p，其中f 為變頻器輸出頻率，s 為異步電動機(jī)轉(zhuǎn)差率，p 為電動機(jī)極對數(shù)。 液力偶合器是通過控制工作腔內(nèi)工作油液的動量矩變化，來傳遞電動機(jī)能量并改變輸出轉(zhuǎn)速的，電動機(jī)通過液力偶合器的輸入軸拖動其主動工作輪，對工作油進(jìn)行加速，被加速的工作油再帶動液力偶合器的從動工作渦輪，把能量傳遞到輸出軸和負(fù)載，這樣，可以通過控制工作腔內(nèi)參與能量傳遞的工作油多少來控制輸出軸的力矩，達(dá)到控制負(fù)載的轉(zhuǎn)速的目地。因此液力偶合器也可以實現(xiàn)負(fù)載轉(zhuǎn)速無級調(diào)節(jié)。 如采用液力偶合器調(diào)速，則電動機(jī)轉(zhuǎn)軸連接到液力偶合器，而負(fù)載連接到液力偶合器，電動機(jī)仍由電網(wǎng)供電，電動機(jī)仍全速運行。 二、變頻調(diào)速與液力偶合器調(diào)速的節(jié)能比較 1、功率損耗的原因 電動機(jī)本身功率損耗除外，無論是變頻調(diào)速還是液力偶合器調(diào)速，均存在額外的功率損耗，液力偶合器從電動機(jī)輸出軸取得機(jī)械能，通過液力變速后送入負(fù)載，其效率不可能為1；變頻器從電網(wǎng)取的電能，通過逆變后送入電動機(jī)電樞，其效率也不可能是1。而且在全轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)，兩種方式的效率曲線也不一樣。 圖1“兩種調(diào)速方式效率曲線”為典型的液力偶合器和變頻器（高高變頻器）的效率－轉(zhuǎn)速曲線，隨著輸出轉(zhuǎn)速的降低，液力偶合器的效率基本上正比降低（例如：額定轉(zhuǎn)速時效率0.95，75%轉(zhuǎn)速時效率約0.72，20%轉(zhuǎn)速時效率約0.19），而變頻器在輸出轉(zhuǎn)速下降時效率仍然較高（例如：額定轉(zhuǎn)速時效率0.97，75%以上轉(zhuǎn)速時效率大于0.95，20%以上轉(zhuǎn)速時效率大于0.9）。 從曲線數(shù)據(jù)看，當(dāng)輸出轉(zhuǎn)速降低時，液力偶合器的效率比變頻調(diào)速的效率下降快得多，因此變頻調(diào)速的低速特性比液力耦合器要好。當(dāng)然，有一點我們應(yīng)該看到，就是用于風(fēng)機(jī)、泵類負(fù)載時，由于其軸功率與轉(zhuǎn)速的三次方成正比，當(dāng)轉(zhuǎn)速下降時，雖然液力偶合器效率正比下降，但電動機(jī)綜合軸功率還是隨著轉(zhuǎn)速的下降成二次方比例下降，因此也能起到節(jié)能作用。 變頻調(diào)速通過電力電子整流和脈寬調(diào)制逆變技術(shù)改變電動機(jī)電樞的電壓和頻率，除本身控制所需很少一部分能量消耗保持不變外，電力電子器件的損耗基本上與輸出功率成正比，因此變頻調(diào)速可以在全轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)保持較高效率運行。而液力偶合器依靠泵和渦輪傳遞能量，在低速輸出時，泵和渦輪的效率均下降，因此綜合效率隨轉(zhuǎn)速下降而下降。 ２、理論計算節(jié)能比較 從理論上進(jìn)行計算，舉例說明如下：1000KW 風(fēng)機(jī)風(fēng)量從100%降低到70%，由于流量與轉(zhuǎn)速一次方成正比，因此轉(zhuǎn)速可以降低70%，負(fù)載功率理論上降為34.3%，如果采用直接高高變頻調(diào)速，其效率按0.95 算，再考慮電動機(jī)效率在低功率時有所下降、和管道系統(tǒng)效率有所下降， 電網(wǎng)總輸入功率約34.3%/0.95/0.85/0.95=44.71%，即447.1KW，節(jié)能55.29%，全年按300 日計算，年節(jié)電398 萬度。如果采用液力偶合器，其效率按0.665 計算，電網(wǎng)總輸入功率約34.3%/0.665/0.85/0.95=63.87%，即638.7KW，節(jié)能36.13%，年節(jié)電260 萬度。 因此變頻調(diào)速每年多節(jié)電138 萬度。列表如下： [align=center]1000KW 高壓風(fēng)機(jī)電動機(jī)降速70%時液力偶合器和變頻調(diào)速節(jié)能比較 [/align] ３、實測節(jié)能比較 以某電力設(shè)計院實測一臺20 萬千瓦機(jī)組引風(fēng)機(jī)改裝液力耦合器及變頻調(diào)速為例：該異步電動機(jī)額定值為1250KW，6KV、142A、額定效率95％、額定轉(zhuǎn)速742RPM、額定功率因素0.85。 [align=center]三種調(diào)節(jié)方式在不同發(fā)電機(jī)負(fù)荷下的輸入電流如下： 三種調(diào)節(jié)方式的電動機(jī)綜合輸入功率如下： 三種調(diào)節(jié)方式的日耗電量預(yù)計如下： [/align] 按機(jī)組年運行300 日7200 小時計，應(yīng)用變頻調(diào)速年節(jié)電385 萬度，而應(yīng)用液力耦合器年節(jié)電268 萬度。雖然電動機(jī)功率不一致，但實測的節(jié)電比例與理論計算值基本一致。 三、變頻調(diào)速與液力偶合器調(diào)速的其他性能比較 變頻調(diào)速與液力偶合器調(diào)速除了節(jié)能方面的差別外，還在功率因素、起動性能、運行可靠性、運行維護(hù)、調(diào)節(jié)及控制特性、投資及回報等方面有較大差異。 １、功率因素 變頻調(diào)速可以在很寬的轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)保持高功率因素運行（例如20%以上轉(zhuǎn)速時功率因素大于0.95%），而液力偶合器低速運行時功率因素低于電動機(jī)額定功率因素，如果在70%以下轉(zhuǎn)速時，功率因素將低于0.7。采用液力偶合器如果需要提高功率因素，則需另加功率因素補(bǔ)償裝置。 2、起動性能 采用變頻調(diào)速時，如電動機(jī)保持額定轉(zhuǎn)矩起動，電網(wǎng)輸入起動電流小于電動機(jī)額定電流的10%，對于風(fēng)機(jī)泵類負(fù)載，其起動電流更小。而且起動的全過程可控，起動點和爬坡時間可設(shè)置。而液力偶合器不能直接改善起動性能，起動電流達(dá)到額定電流的5-7 倍，即使是繞線型轉(zhuǎn)子，采取轉(zhuǎn)子串電阻方法需改善起動性能，需增加起動裝置，但起動電流仍將是額定電流的2 倍以上，是變頻起動的20倍以上。 起動對電動機(jī)和電網(wǎng)的沖擊相當(dāng)大，對電動機(jī)來說，造成轉(zhuǎn)子鼠籠斷條和定子繞組開焊，據(jù)統(tǒng)計，約15%的電動機(jī)故障由直接起動引起。對于電網(wǎng)來說，直接起動造成電網(wǎng)電壓短時下降，干擾其它設(shè)備運行。 3、運行可靠性、運行維護(hù) 液力偶合器機(jī)械結(jié)構(gòu)和管路系統(tǒng)復(fù)雜，要長期可靠運行，系統(tǒng)維護(hù)工作量增大，如果出現(xiàn)故障，無法直接定速運行，必須停機(jī)檢修。高壓變頻裝置電子線路比較復(fù)雜，但目前技術(shù)已趨成熟，尤其是單元串聯(lián)多電平方式的高壓變頻裝置具有單元自動切換和冗余運行特性，在單元故障時可不停機(jī)連續(xù)運行，可靠性得以保證，而且檢修維護(hù)相當(dāng)容易，只需定期更換進(jìn)風(fēng)濾網(wǎng)即可。 4、調(diào)節(jié)及控制特性 液力偶合器依靠調(diào)節(jié)工作腔油量大小改變輸出轉(zhuǎn)速，因此響應(yīng)慢，可能跟不上控制的需要，而變頻調(diào)速的頻率改變速度相當(dāng)快，完全可以以系統(tǒng)允許的最高速度進(jìn)行調(diào)節(jié)。液力偶合器的速度調(diào)節(jié)精度較低，而變頻調(diào)速屬于數(shù)字式控制，其穩(wěn)頻精度達(dá)到0.1%以上，因此可以實現(xiàn)精確控制。 5、投資及回報 目前，液力偶合器初期投資比變頻調(diào)速低，但變頻調(diào)速節(jié)能效果及其它方面均明顯優(yōu)于液力偶合器，從前面的例子可知，1000KW 電動機(jī)，應(yīng)用變頻調(diào)速比應(yīng)用液力偶合器每年多節(jié)電138 萬度，如果變頻調(diào)速需多投資60 萬元，則1 年多即可收回。以后的運行情況是：變頻調(diào)速比液力偶合器每年節(jié)省數(shù)十萬元的開支，因此總體投資回報效果更佳。