水泵調速裝置的選配

    據有關部門統計，全國水泵耗電量約占全國發電量的30%。目前，水泵以變流量調速運行（即電動機調速）替代原有的閘閥節流而獲得顯著的節能效益，引起人們的極大關注。因此，水泵必然成為全國調速節能的重點對象。下面我們簡單地介紹一下幾種水泵的調速裝置。

    一、液力偶合器調速

    液力偶合器調速是將調速型液力偶合器或液力偶合器傳動裝置裝于恒速運轉的電機與負載（如水泵）之間，靠手動、電動遙控或自動控制操作導管，調節工作腔中油的充滿度來實現調速。主要特點為：
    （1）能使電動機空載啟動和軟啟動，以其尖峰力矩啟動空的載荷，因此提高電動機啟動能力。
    （2）緩和沖擊、衰減扭振，延長設備使用壽命。
    （3）五級調速，易于實現遠程控制和自動控制，無低壓控制電源時亦可手動操作。
    （4）對水泵類離心機械，調速范圍約為5:1。
    （5）適用于不同等級的高低電壓、中大容量電機使用，使電機始終以恒定轉速運行，電機效率高，功率因素高，無諧波影響。
    （6）液力偶合器本身存在轉差，負載不能達到電機額定轉速，高轉速為電機額定轉速的97%~98%，調速過程中轉差消耗以發熱形式散掉，或加熱于水反饋利用。屬于附加轉差調速裝置。
    目前國產調速型偶合器輸入轉速為3000r/min，大功率達6500KW。液力偶合器傳動裝置高輸出轉速為7000r/min，大功率達6300KW。

    二、液粘調速離合器調速

    液體黏性傳動是一種新技術。液粘調速離合器以粘性液體為工作介質，靠主動、從動摩擦片間隙中粘性液體的黏滯剪切力傳遞動力。通過控制系統的指令電流（mA）由油缸加壓使摩擦片間隙（即油膜厚度）發生變化，從而改變主動、從動摩擦片轉差和力矩實施無級調速。主要特點為：
    （1）能使電動機空載啟動，可實現脫開（i=0）、同步（i=1.0）和調速（0＜i＜1.0）三種工況，有極好的軟啟動特性。
    （2）振動低噪聲小、機構緊湊尺寸小。
    （3）是機電液一體化調速裝置，由于可以同步傳動而比其他調速裝置有更高的節能效果。
    （4）出現故障時可調緊螺釘實現直接傳動，不影響主機運轉。
    （5）適用于不同等級的高低電壓、中大容量電機配用，是電機始終以額定轉速運轉，電機效率高，功率因素高，無諧波影響，是水泵較好的調速裝置。
    （6）液粘調速離合器的調速約在90%~100%之間為不穩定區，品質好的液粘調速離合器配合好的適合于該液粘調速離合器摩擦副的工作油，則其不穩定區要小一點，在不穩定區運行容易產生振蕩。
    目前，我國已研制出大規格液粘調速離合器轉速為3000r/min，功率可達3200KW。

    三、變頻調速

    改變異步電動機定子端輸入電源的頻率，從而改變電動機轉速的稱為變頻調速。用于水泵的變頻裝置主要有交一直一交式電壓型、電流型和脈寬調制型（PWM）三種。
    變頻調速無附加轉差損耗為其優點，但在電源變換裝置中的損耗不容忽視。尤其用在高電壓電機時，高電壓電源經降壓、整流、儲能、逆變和升壓五次能量變換，增多了許多設備，不但生產成本（投資）高，而且使電能損耗增加了10%~20%，再加上調速時電機低速運轉使總效率和功率因素均降低，會使變頻調速總損耗不小于20%。即使是開發出高壓直接變頻，電源變換損耗也不容忽視。通常用于380V電壓下變頻有較高效率，調速范圍寬，能無級調速，特別適合低流量運行較多或起、停頻繁的水泵。品種較多，用戶選擇的余地大。但技術復雜，維護困難，價格高。目前，我國的電力電子元器件和裝置的技術還尚在發展，質量低、可靠性差，暫時尚難大面積推廣使用；多數元器件還依靠進口，但變頻技術是有發展前途的技術。
    變頻調速產生的高次諧波對電網有嚴重污染，在應用中必須施以對策。

    四、無換向器電機調速

    無換向器電機調速是同步電機的自同步控制變頻技術。它的主要特點是：
    （1）利用電子技術，綜合了交、直流電機的優點，具有交流同步電機機構簡單、直流電機良好的調速性能和永不失步的特點。
    （2）低速用電源電壓，高速用電機反電勢自然換流，運行可靠。
    （3）特別適用于高速、大容量同步電機的啟動調速運行，無附加轉差損耗，效率較高。
    （4）現有同步電機只要軸端加裝位置檢測器，就能方便地改造為無換向器電機方式的調速運行，只是過載能力較低，原有電動機的容量不能充分發揮。
 

圖1 不同調節方式的耗電特性曲線
Ⅰ-入口軸向導流器調節；Ⅱ-軸向導流器+雙速電機調節；
Ⅲ-液力偶合器或電磁滑差離合器調速；Ⅳ-變頻變壓調速

    上述幾種調節方式各有特點，為了給調節方式提供參考，圖1繪制了四種不同調節方式的特性曲線比較。
    由圖可見，不同的調節方式，其經濟性差別比較大，變速調節比非變速調節經濟性好。

    調速裝置的選配要點

    首先要確定選用何種調速方式。目前常用的調速裝置有液力偶合器，液粘調速離合器和變頻調速電機。我們就以下幾個方面作分析：
    （1）從節能的效果來看：液力偶合器是附加轉差調速裝置，其效率是輸出轉速與輸入轉速之比，而且高轉速只能達到輸入轉速的97%~98%。節能的效果較差，特別是在低速的時候；液粘調速離合器也是附加較差調速裝置，其效率也是輸出轉速與輸入轉速之比，但液粘調速離合器能完全結合，可100%地傳遞，這點比液力偶合器好，前者至少有3%的轉速差；變頻調速電機是無附加轉差調速裝置，效率比較高，特別是在低轉速時效果顯著，但變頻調速電機在變頻變壓過程中也有能量損失，轉速在85%以上時其效果顯著，但變頻調速電機在變頻變壓過程中也有能量損失，轉速在85%以上時其效率就不如前兩種調速裝置了。
    （2）從運行的可靠性來看：葉輪偶合器是一種成熟、可靠的調速裝置，在25%~97%的轉速范圍內變速非常可靠平穩；液粘調速離合器在90%~100%區間是不穩定區域，如果采用轉速閉環控制的話，則會產生振蕩，這是不允許的；變頻調速電機在20%~100%的范圍內頁能可靠地調速，但不如液力偶合器成熟。
    （3）從初投資成本來看：液力偶合器是一種經濟的調速裝置；大功率變頻調速電機及調速裝置價格昂貴。
    （4）從維護保養的角度來看：液力偶合器是一種易于維護保養的調速裝置，也是維修人員熟悉的；其次是液粘調速離合器；變頻調速電機對維修人員的要求比較高。
    （5）從國內生產的現狀來看：液力偶合器是一種國內生產多，成熟的調速裝置；變頻調速電機是一種國內生產發展快的調速裝置；液粘調速離合器在水泵的應用比較少。
    （6）從技術發展的角度來看：變頻調速有著廣闊的發展前景，發展速度也比較快，有替代前兩種調速裝置的趨勢。