液力偶合器与变频调速优缺点说明
变频调速与液力偶合器调速的节能技术经济比较(修改)
变频调速与液力偶合器调速的节能技术经济比较我国现实拥有的风机水泵数量很大，它们的年消耗电能占全国发电量的 30%，因此风机水泵节能是国家节能的主抓重点；调速就是在这种情况下提出来的。
钢厂的除尘风机和煤气风机都需要调速节能；另外调速有时也是生产工艺的需要，如钢厂除磷泵系统的特殊工艺要求，还有电厂调峰等。
调速方式有很多种，电磁离合器调速电机，液粘调速离合器调速，变频调速与液力偶合器调速等，变频调速与液力偶合器调速是交流电机调速节能常用的两种技术，其明显的技术经济效益已越来越引起人们的关注，现对这两种调速方式进行分析，比较。
调速原理比较变频调速：对于交流电机拖动的负载，其转速表达式通常可以写成：n=n d*i c*i式中n d---电机转速 n d=60f/p*(1-S) i---调速装置输出/输入转速比i=n T/n B=1- S Ti C ---机械传动装置的转速比故n=60f/p *(1-S) *i C* (1- S T)式中f---电机用电频率 HZ；P---电机极对数对；S---电机转差率；S T---调速装置转差率。
由此式可见，交流电机拖动的负载转速调节的途径有以下几种：改变电机用电频率f,如变频调速装置改变电机极对数p,如变极调速改变电机转差率S,如定子调压调速，转子串电阻调速改变调速装置转差率S T，液力偶合器调速：液力偶合器是一种应用很广的通用传动元件，它置于动力机与工作机之间传递动力。
其结构由对称分布的泵轮，涡轮以及主轴，外壳等组成，外壳与泵轮通过螺栓固定连接，其作用是防止工作液体外溢，输入轴（与泵轮固定连接）与输出轴（与涡轮固定连接）分别与动力机和工作机相连接，泵轮与涡轮均为具有径向直叶片的叶轮，由泵轮和涡轮的具有叶片的凹腔部分所形成的圆环状空腔称为工作腔，供工作液体在其中循环流动，传递动力进行工作。
在液力偶合器被动力机带动运转时，存在于液力偶合器腔体内的工作液体，受泵轮的搅动即随泵轮做圆周（牵连）运动，同时又对泵轮作相对运动。
液力耦合器和变频器区别
高压大功率电动机变频调速与液力偶合器调速运行比较上海发电设备成套设计研究所 李南坤一、变频调速与液力偶合器调速的工作原理电动机采用变频调速后，电动机转轴与负载直接相连，但电动机不再由电网直接供电，而是由变频器供电，变频器通过改变电动机的供电频率改变电机转速，因此可以实现相当宽的频率范围内无级调速，而且在全范围内具有优异的效率和功率因素特性。
采用变频调速后，异步电动机转速n=60f(1-s)/p，其中f为变频器输出频率，s为异步电动机转差率，p为电动机极对数。
液力偶合器是通过控制工作腔内工作油液的动量矩变化，来传递电动机能量并改变输出转速的，电动机通过液力偶合器的输入轴拖动其主动工作轮，对工作油进行加速，被加速的工作油再带动液力偶合器的从动工作涡轮，把能量传递到输出轴和负载，这样，可以通过控制工作腔内参与能量传递的工作油多少来控制输出轴的力矩，达到控制负载的转速的目地。
因此液力偶合器也可以实现负载转速无级调节。
如采用液力偶合器调速，则电动机转轴连接到液力偶合器，而负载连接到液力偶合器，电动机仍由电网供电，电动机仍全速运行。
二、变频调速与液力偶合器调速的节能比较1、功率损耗的原因电动机本身功率损耗除外，无论是变频调速还是液力偶合器调速，均存在额外的功率损耗，液力偶合器从电动机输出轴取得机械能，通过液力变速后送入负载，其效率不可能为1；变频器从电网取的电能，通过逆变后送入电动机电枢，其效率也不可能是1。
而且在全转速范围内，两种方式的效率曲线也不一样。
图1“两种调速方式效率曲线”为典型的液力偶合器和变频器（高高变频器）的效率－转速曲线，随着输出转速的降低，液力偶合器的效率基本上正比降低（例如：额定转速时效率0.95，75%转速时效率约0.72，20%转速时效率约0.19），而变频器在输出转速下降时效率仍然较高（例如：额定转速时效率0.97，75%以上转速时效率大于0.95，20%以上转速时效率大于0.9）。
高压大功率交流电机变频调速与液力耦合器调速系统比较
高压大功率交流电机变频调速与液力耦合器调速系统比较摘要：本文综合对比了工业用高压大功率交流电机变频调速与液力耦合器调速系统的组成、造价、国内用于锅炉给水系统/风机的使用状况、设计经验，明确了两种方案各自的优势。
关键词：高压大功率交流电机变频调速液力耦合器调速基本原理[1]变频调速系统中，电动机转轴与负载直接相连，电动机供电侧与变频器输出端直接相连。
变频器通过控制电机的供电频率，达到改变电机转速的目的。
电机可以实现相当宽的频率范围内无级调速，而且在全范围内具有优异的效率和功率因数特性。
液力耦合器系统中，电动机转轴与液力耦合器输入轴相连，而液力耦合器的输出轴与负载直接相连。
电动机通过液力耦合器的输入轴拖动其主动工作轮，对工作油进行加速，被加速的工作油再带动液力耦合器的从动工作涡轮，把能量传递到输出轴和负载，通过控制工作腔内参与能量传递的工作油多少来控制输出轴的力矩，达到控制负载的转速的目的。
因此液力耦合器也可以实现负载转速无级调节。
系统组成比较主体设备附属设备(按一台泵组考虑、不含控制部分、不含就地显示仪表)注：TE-温度传感器基础设施及附属设备设施(按一台泵组考虑)4. 控制系统I/O点数(按三台泵组考虑、不考虑工艺系统联锁点数)三、造价比较两个系统总造价差别约100万元，其中主体设备差别约60万元，基础设施与附属设备设施造价差别约40万元，主要是变频器柜价格较液力耦合器高60余万，现场变频器室造价约40万元，因此液力耦合器调速系统具有较明显的成本优势。
主体设备造价比较变频调速系统按两套泵组配两台变频器，一套泵组配软启动考虑。
液力耦合器调速系统按三套泵组配三台液力耦合器考虑。
2.附属设备造价比较附属设备按三套泵组考虑，液力耦合器调速系统不含调速检测设备，均不含测振联锁检测设备，不含工艺系统联锁及控制设备，电缆按差价考虑。
3. 基础设施及附属设备设施造价比较变频调速系统：按现场设高压变频器室考虑，空调按压缩机空调考虑。
液力耦合器调速的主要优缺点
液力耦合器调速的主要优缺点一、液力耦合器用于叶片式风机水泵的变速调节时，具有以下优点：1.可实现无级调速。
在液力耦合器输入转速不变的情况下，可以输出无级连续变化的、且变化范围很宽的转速。
当转速变化较大时，与节流调节相比较，有显著的节能效果。
2.可实现电动机的空载启动，降低启动电流。
因而可选用容量较小的电动机及电控设备，减少设备的投资。
3.可隔离震动。
液力耦合器的泵轮和涡轮之间没有机械联系，转矩通过工作液体传递，是柔性连接。
当主动轴有周期性的震动（如扭震等）时，不会传到从动轴上，具有良好的隔震效果。
能减缓冲击负荷，延长电动机和风机水泵的机械寿命。
4.过载保护。
由于液力耦合器是柔性传动，其泵轮和涡轮之间有转速差，故当从动轴阻力矩突然增加时，转速差增大，甚至当风机或水泵等负载机器制动时，原动机或电动机仍能继续运转而不致被烧毁，风机与水泵也可受到保护。
同时装在液力耦合器上的易熔放油塞还能及时地把流道热油自动排空，切断转矩的传递。
5.除轴承外无其它磨损部件，故工作可靠，能长期无检修运行，寿命长。
6.工作平稳，可以和缓地启动、加速、减速和停车。
7.便于控制。
液力耦合器是无级调速，便于实现自动控制，适用于各种伺服系统控制。
8.能用于大容量风机与水泵的变速调节，目前单台液力耦合器传递的功率已达 20MW 以上。
二、液力耦合器的主要缺点是：1.和节流调节相比，增加了初投资，增加了设备安装空间。
大功率的液力耦合器除本体设备外，还要一套诸如冷油器等辅助设备和管路系统。
2.由于液力耦合器的最大转速比为 i n = 0.97 ～ 0.98 ，故液力耦合器输出的最大转速要比输入转速低。
因此在选择风机与水泵时，要按照液力耦合器的最大输出转速确定其容量，而不能用电动机的额定转速来确定风机与水泵的容量。
此外考虑到液力耦合器的转差损失（ 2 ％～ 3 ％）、升速齿轮损失（ 1.5 ％～ 3 ％）、机械损失和容积损失及油泵功率消耗（总计小于 1 ％）等因素，电动机的容量亦要稍增大些。
变频器调速与液力耦合器调速的优缺点比较
变频器调速与液力耦合器调速的优缺点比较1 引言风机、水泵是量大面广的通用机械，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，其电能浪费相当严重，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。
2 高压变频器的工作原理与性能特点2.1 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:SCR、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、IGBT直接串联型高压变频器;（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。
2.2 高压变频器的基本构成以多电平单元串联叠加型高压变频器为例对其说明。
(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1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18个相同的单元模块构成，每6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，原理图如图2所示。
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。
变频装置和液力耦合器的优缺点有什么
变频装置和液力耦合器的优缺点有什么变频装置和液力耦合器性能比较如下: (1) 调速范围高压变频器调速范围宽，达到10:1以上，甚至达到100:1以上;而调速型液力耦合器的调速范围最大为4:1。
(2) 调速精度高压变频器调速精度达到0.1Hz，而且稳定性高，这是一个重要的技术指标。
调速精度高、稳定性高，意味着所传动的风机(水泵)的压力和风量(流量)稳定，这对于稳定生产工艺过程是很重要的，例如:对火力发电厂的锅炉辅机(引风机、送风机、给水泵等)都需保持压力的恒定，高压变频器能够满足这个要求。
液力耦合器调速精度差，转速波动大，例如某火力发电厂的给水泵采用进口的液力耦合器调速，转速经常在5100~5400r/min之间波动，使给水泵的压力波动大，给发电机生产带来了不利影响难以保证稳定生产。
(3) 效率高压变频器效率高，无转差损耗，其效率达0.95以上，并且不随调速的范围而变化。
液力耦合器效率低，其效率与调速比成正比，负载的转速越低，其效率越低，图1所示为液力耦合器的效率曲线。
图1 液力耦合器的效率曲线液力耦合器属转差损耗型调速，是低效调速设备，在调速的过程中转差功率以热能的形式损耗在油中。
这不仅消耗了能量，而且使液力耦合器油温升高，为此必须采取妥善的冷却方式，特别是在环境温度较高的场合应用，对冷却的要求更高。
例如某发电厂的给水泵的液力耦合器在夏季不得不采取不间断的冲水冷却等措施，即使如此，有时仍会因温度过高，威胁到液力耦合器安全时，不得不停机，以使温度降下来。
(4) 额定转差率高压变频器没有转差率问题，负载与电动机同轴，电机能达到额定转速，即电机转速与负载转速相同能达到额定压力和额定风量(流量)。
在电机结构允许的情况下，还可以超过额定转速运行。
液力耦合器由于是柔性连接，存在着固定的转差率，即液力耦合器的转差率≥3%，所以，负载的转速不可能达到电机的转速，最高只能达到电机转速的97%，因此负载(风机、水泵等)就不能达到额定输出，其压力最高只能达到额定压力的94%，而风量(流量)最高只能到额定值的91%左右。
液力耦合器与变频器调速比较
引言
交流异步电动机的调速方式主要有调压调 速、电磁调速、变极调速、液力耦合器调速和变频 调速等。其中，调压调速是指调节电动机端电压 使电动机在某一转速范围内实现无级调速。优点 是不需另加换流装置，线路简单；缺点是调速范围 小，效率低，低速时转差损耗增大，电动机发热 严重。
电磁调速异步电动机又称滑差电机，它是一 种恒转矩交流无级变速电动机，有速度负反馈的 自动调节系统机械特性硬度高。但在空载或轻载 （小于１０％额定转矩）时，由于反馈不足，会造成 失控现象，低速时电机效率低。
作者简介：张忠银（１９８１一），男．硕士，电气工程师，Ｅｍａｉｌ：ｚｈａｎｇｚｙｉｎ＠１６３．ｃｏｒｎ ７４
万方数据
张忠银，等：液力耦合器与变频器调速比较
电气传动 ２００９年 第３９卷 第１２期
合器与变频器调速效率、节能及其它性能进行比 较，有利于变频调速节能技术的推广。
２ 液力耦合器与变频器调速效率 比较
，．要曼微年耗…年耗袅戮茎：詈鬈
调节量电量７。ｗ出ｍｄａ ｍ９－，／…Ｉ．１ｌｒ’１．ｋ１；／ｋｗ。．： 三费／元
０．６５
１０ ０６９ １７３ １４ ５４４ ３６１ ４ ４７５ １８８
２ ２３７ ５９４
０．７
１０ ７２５ ８５８ １４ ５１１ ４５５ ３ ７８５ ５９７
１ ８９２ ７９８
０．７５
１１ １２９ ０８６ １４ ４８３ ０５７ ３ ３５３ ９７１
ｈｙｄｒａｕｌｉｃ ｃｏｕｐｌｅｒ ａｎｄ ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ
３ 液力耦合器与变频器调速其它性 能比较
变频器调速与液力耦合器调速相比，除了具 有效率高、节约能源、低速性能好等优点，还在功 率因数、启动性能、运行可靠性及维护、调节及控 制特性、投资回报等方面具有较大优势。 ３．１功率因数
耦合器与变频对比
变频装置和液力耦合器的优缺点对比变频装置和液力耦合器液力耦合器性能比较如下: (1) 调速范围高压变频器调速范围宽，达到10:1 液力耦合器以上，甚至达到100:1 以上;而调速型液力耦合器液力耦合器的调速范围最大为4:1。
(2) 调速精度高液力耦合器压变频器调速精度达到0.1Hz，而且稳定性高，这是一个重要的技术指标。
调速精度高、稳定性高，意味着所传动的风机(水泵)的压力和风量(流量)稳定，这对于稳定生产工艺过程是很重要的，例如:对火力发电厂的锅炉辅机(引风机、送风机、给水泵等)都需保持压力的恒定，高压变频器能够满足这个要求。
液力耦合器液力耦合器调速精度差，转速波动大，例如某火力液力耦合器发电厂的给水泵采用进口的液力耦合器液力耦合器调速，转速经常在5100~5400r/min 之间波动，使给液力耦合器水泵的压力波动大，给发电机生产带来了不利影响难以保证稳定生产。
(3) 效率高压变频器效率高，无转差损耗，其效率达0.95 以上，并且不随调速的范围而变化。
液力耦合器液力耦合器效率低，其效率与调速比成正比，负载的转速越低，其效率越低，图1 所示为液力耦合器液力耦合器的效率曲线。
图 1 液力耦合器液力耦合器的效率曲线液力耦合器液力耦合器属转差损耗型调速，是低效调速设备，在调速的过程中转差功率以热能的形式损耗在油中。
这不仅消耗了能量，而且使液力液力耦合器油温升高，为此必须采取妥善的冷却方式，特别是在环境温度较高的场合应用，对耦合器冷却的要求更高。
例如某发电厂的给水泵的液力耦合器液力耦合器在夏季不得不采取不间断的冲水冷液力耦合器却等措施，即使如此，有时仍会因温度过高，威胁到液力耦合器液力耦合器安全时，不得不停机，以液力耦合器使温度降下来。
(4) 额定转差率高压变频器没有转差率问题，负载与电动机同轴，电机能达到额定转速，即电机转速与负载转速相同能达到额定压力和额定风量(流量)。
在电机结构允许的情况下，还可以超过额定转速运行。
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推荐厂家
VIOTH、大连创思福、烟台禹城等
变频一般为业主自行配置。
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制造厂家建议
采用
变频调速由于应用年限较短，缺少有关使用寿命的资料，但由于受电器元件老化的影响，其寿命肯定不会比液力调速高。变速调速的可靠性取决于电子元器件的技术和质量。
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运行维护
维护、维修工作量大，费用高，维护时必须停机（一般停30～120min；如遇轴承卡死则需停机几天），严重影响正常生产。
维护、维修工作量小，费用低。变频器采用功率单元旁路技术，确保变频器在功率单元故障时仍能带负载运行，即使变频器故障，也可以手动旁路至工频下运行，不影响正常生产。
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技术复杂程度及使用维修水平
液力调速技术简单、使用方便、维修容易，不需要高技术水平的维护和操作，所有元件国内均能生产。
变频调速技术复杂，使用和维修均需高技术水平，主要元件尚需进口
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安装空间
液力调速占地面积大，需要在电机和工作机之间占有一定空间，不利于老设备改造，不适合在空间狭小的场合使用。
变频调速占地面积小，可以利用和不移动原有电机，有利于老设备的改造，也有利于一些空间狭小的场合使用。
变频调速装置初始投资费用较高。通常进口大容量变频器每千瓦约2500元。国产大容量变频器每千瓦约1000-1500元。
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维护费用及运行费用
液力调速装置年运行维护费约占设备费用的1/20，20年内约需大修2~3次，取大修次数为3次，大修费用约为设备费用的1/3左右。液力设备的运行维护费用用为设备总值的两倍。
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对环境的影响与适应
液力调速对环境无影响，对使用环境条件要求不高，可以在户外、井下、炎热、寒冷、粉尘、潮湿等条件下使用。
变频调速所产生的高次谐波对电网有严重污染，而冶理谐波污染的费用较高，变频调速对使用环境的要求比液力调速要高得多。另外，对温度、湿度均有较高要求。
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附加装置
液力调速需增加冷却器。
变频调速的应用范围较广、除风机、水泵外，在空调器、板式给料机、螺旋输送机、振动给料机、带式输送机、塔机回转机构等设备上均有成功应用。
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初期投资
在大功率上，液力调速装置初始投资费用较低。液力调速装置每千瓦约人民币100~150元。
在小功率（电机功率低于100KW）时，液力调速的初始投资费用较高，这是液力调速应用范围比变频调速窄的原因。
液力偶合器与变频调速优缺点说明
序号
指标
液力偶合效果一般，在低转速下运行效率更低。最高效率约85%，低速时效率低至50%。
节能效果显著，在低转速下也能保持较高的效率。整体效率约96%，极低转速时效率略有下降。
2
起动特性
不能改变电动机的直接起动性能，起动电流大，对电网冲击大。
起动电流小，对电网的冲击小。
3
调速性能
满足调速要求，可实现计算机控制，调速范围为1/5。低速调速性能差，低速调速时必须配合阀门调节，能耗大。
满足调速要求，可实现计算机控制，调速范围可达1/20，能在0～100%范围内无级调速，低速调速的性能良好，能耗小。
4
传动品质
液力调速是柔性传动，具有空载起动、可控的软起动、过载保护、减缓冲击、隔离扭振、协调多机均衡驱动等功能，能有效的改善传动品质。
变频调速由于受电子技术的飞速发展，受电子元件更新换代的影响，其运行维护费用较高，难以估计。一般而言，每八年需全部更换一次。
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投资回收
节能效果较变频调节差，因此节能回收效果差。
节能效果好，几年即可收回投资。
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工程实际应用
属于成熟技术，工程实际应用很多。自1978年我国引进液力调速技术以来，很长时间液力调速充当了调速设备市场的主力军，一直被国家列为成熟可靠的调速技术加以推广。
变频调速需要增加谐波污染治理和电机低速运转时的冷却器附属装置，从附加装置费用比较，变频调速高于液力调速。
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与被驱动机匹配性
液力调速与风机、水泵匹配最为合适。液力调速可以利用偶合器供油系统，对电机和被驱动机及自身实行三机集中供油，省去电机和被驱动机供油站，可节约一定费用和占地空间，变频调速则无此功能。
变频调速除可分级启动外，基本上不改善传动品质。
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响应时间及精度
能满足使用要求，但工作原理是依靠工作腔油量大小调节转速，响应稍慢、精度稍差。
能满足使用要求，工作原理是通过改变频率来调节转速，响应快、精度高。
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可靠性与使用寿命
液力调速是有百年历史的成熟技术，使用可靠，通常平均无故障运行时间可达8000小时，有的甚至达到3万小时以上。液力调速装置的使用寿命长，泵轮、涡轮等主要工作部件寿命可达20年以上，且可以反复维修使用。