变频器调速与液力耦合器调速的优缺点比较(三) 点击：3525 | 回复：11
发表于：2006-08-03 09:28:00
楼主
二、液力耦合器的工作原理与性能特点：
（一）液力耦器的结构：
液力耦合器是一种液力传动装置，又称液力联轴器。液力耦合器其结构主要由壳体、泵轮、涡轮三个部分组成，如图所示。
图6 液力耦合器的基本构造
泵轮和涡轮相对安装，统称为工作轮。在泵轮和涡轮上有径向排列的平直叶片，泵轮和涡轮互不接触。两者之间有一定的间隙（约 3mm 一 4mm ) ；泵轮与涡轮装合成一个整体后，其轴线断面一般为圆形，在其内腔中充满液压油。
（二）液力耦合器的安装方式：
液力耦合器的输入轴与电动机联在一起，随电动机的转动而转动，是液力耦合器的主动部分。涡轮和输出轴连接在一起，是液力耦合器的从动部分，与负载连在一起。其结构示意图如下：
图7 液力耦合器安装图
在安装时，液力耦合器安装在电动机与负载之间，通常由于负载较大，且与其它设备有联锁，采用将电机后移方案，在改造方案中需重新做电机的基础。
（三）液力耦合器的工作原理：
电动机运行时带动液力耦合器的壳体和泵轮一同转动，泵轮叶片内的液压油在泵轮的带动下随之一同旋转，在离心力的作用下，液压油被甩向泵轮叶片外缘处，并在外缘处冲向涡轮叶片，使涡轮在受到液压油冲击力而旋转；冲向涡轮叶片的液压油沿涡轮叶片向内缘流动，返回到泵轮内缘，然后又被泵轮再次甩向外缘。液压油就这样从泵轮流向涡轮，又从涡轮返回到泵轮而形成循环的液流。液力耦合器中的循环液压油，在从泵轮叶片内缘流向外缘的过程中，泵轮对其作功，其速度和动能逐渐增大；而在从涡轮叶片外缘流向内缘的过程中，液压油对涡轮作功，其速度和动能逐渐减小。液压油循环流动的产生，是泵轮和涡轮之间存在着转速差，使两轮叶片外缘处产生压力差。液力耦合器工作时，电动机的动能通过泵轮传给液压油，液压油在循环流动的过程中又将动能传给涡轮输出。液压油在循环流动的过程中，除受泵轮和涡轮之间的作用力之外，没有受到其他任何附加的外力。根据作用力与反作用力相等的原理，液压油作用在涡轮上的扭矩应等于泵轮作用在液压油上的扭矩，这就是液力耦合器的工作原理。
（四）、液力耦合器的调速方法：
液力耦合器在实际工作中的情形是：电动机驱动泵轮旋转，泵轮带动液压油进行旋转，涡轮即受到力矩的作用，在液压油量较小时，当其力矩不足于克服载的起步阻力矩，所以涡轮还不会随泵轮的转动而转动，增加液压油，作用在涡轮上的力矩随之增大，作用在涡轮上的力矩足以克服负载起步阻力而起步，其液压油传递的力矩与负载力矩相等时，转速随之稳定。负载的的力矩和转速成平方比，当随着液压油量的增加，输出力矩加大，涡轮的转速随之加大，达到调节转速的目的。
液力耦合器的工作时，其力矩与速度之间的变化，如图所示的速度矢量图。
图8 液力耦合器速度矢量图
油液螺旋循环流动的流速 VT 保持恒定， VL 为泵轮和涡轮的相对线速度， VE 为泵轮出口速度， VR 为油液的合成速度。涡轮高速转动，即输出和输入的转速接近相同时小，而合成速度 VR 与泵轮出口速度之的夹角很大，这使液流对涡轮很小，这将使输出元件滑动，速度降低。当将油液量加大，相对速度 VL 和合成速度 VR 都很这就使液流对涡轮叶片的推力变得直到有足够的循环油液对涡轮产生足够的冲击力，输出转速变高。
（四） 液力耦合器的转换效率：
液力耦合器调速原理表明，传动速度的改变，实质是机械功率调节的结果。因此液力耦合器输出转速的降低，实际是输出功率减小。在调速过程中，液力耦合器的原传动转速没有发生变化，假设负载转矩不变，原传动的机械功率也不变，那么输入与输出功率的差值功率那里去了呢，显然是被液力耦合器以热能形式损耗掉了。设原传动功率为PM1，输出功率为PM2，损耗功率则为
由以上公式说明液力偶合器是一种耗能型的机械调速装置，调速越深（转速越低）损耗越大，对于平方转矩负载，由于负载转矩按转速平方率变化，原传动输入功率则按转速的平方率降低，损耗功率相对小一些，但输出功率是按转速的立方率减小，调速效率仍然很低。同时在运行中耦合器排油温度高一般勺管位置是在50%左右最高,因为这时涡轮中的油有一半,涡轮与泵轮介面摩擦产生热量大,勺管位置低时涡轮中油少,泵轮与涡摩擦产生的热量虽然大,冷油器可以冷却,勺管位置高时滑差率小,所以排油温度不高一般偶合器的工作冷油器的冷却水门是不调节的，故而低转速时产生的热量是可能通过冷油器带走的，故而随着转速的升高，工作油温是不断增加的。但随着转速的提高，工作油的循环量也增加了，因此工作油有一个高温点，在高温点，液力耦合器的损耗最大。
液力耦合器的性能特点：
（1） 应用范围：
l 调速范围宽，可实现从零调节。
l 没有电气连接，可工作于危险场地，对环境要求不高。
（2）技术成熟：
l 结构简单，操作方便。
l 多年研究，结构合理。
l 全部国产化，维修方便。
（3）性能指标：
l 价格便宜，对精度要求低
l 能量转换效率低。
l 结构简单，故障率低。
l 运行时需加专用的冷却系统。
l 液压油老化后定时更换。
三、变频装置和液力耦合器的优缺点比较：
（一）、节能效果：
1、 变频装置节能效果好，功率因数高
2、 液力耦合器节能效果低，在低速时，有近3／4的能量被浪费。大容量的设备还应添加水冷系统。
（二）、安装方式：
1、 变频装置安装方便，电机和负荷不动，将其加入电源侧即可。
2、 液力耦合需装在电机和负荷中间，在安装时需将电机移位方能安装。
（三）、安全性：
1、 变频装置在出现问题后，可以进行旁路的方式运行。
2、 液力耦合器出现间题后，必需停机维修。
（四）、运行精度：
1、 变频运行精度高，可以实现精确调节，速度是由输出频率限定，当负荷出现波动时，转速不变。
2、 液力耦合器靠油量和负荷的拉动调速，调速精度低，当负荷变化时，转速随之变化。
（五）、维护费用：
1、 变频调速维护费用低，在设备正常运行时无消耗品。
2、 液力耦合器在运行一定时间后，对液压油进行更换。
（六）、操作性：
1、 变频调速操作复杂，需要对操作人员进行专门的培训。
2、 液力耦合器操作简单，方便。
（七）、经济性：
1、
（一）液力耦器的结构：
液力耦合器是一种液力传动装置，又称液力联轴器。液力耦合器其结构主要由壳体、泵轮、涡轮三个部分组成，如图所示。
图6 液力耦合器的基本构造
泵轮和涡轮相对安装，统称为工作轮。在泵轮和涡轮上有径向排列的平直叶片，泵轮和涡轮互不接触。两者之间有一定的间隙（约 3mm 一 4mm ) ；泵轮与涡轮装合成一个整体后，其轴线断面一般为圆形，在其内腔中充满液压油。
（二）液力耦合器的安装方式：
液力耦合器的输入轴与电动机联在一起，随电动机的转动而转动，是液力耦合器的主动部分。涡轮和输出轴连接在一起，是液力耦合器的从动部分，与负载连在一起。其结构示意图如下：
图7 液力耦合器安装图
在安装时，液力耦合器安装在电动机与负载之间，通常由于负载较大，且与其它设备有联锁，采用将电机后移方案，在改造方案中需重新做电机的基础。
（三）液力耦合器的工作原理：
电动机运行时带动液力耦合器的壳体和泵轮一同转动，泵轮叶片内的液压油在泵轮的带动下随之一同旋转，在离心力的作用下，液压油被甩向泵轮叶片外缘处，并在外缘处冲向涡轮叶片，使涡轮在受到液压油冲击力而旋转；冲向涡轮叶片的液压油沿涡轮叶片向内缘流动，返回到泵轮内缘，然后又被泵轮再次甩向外缘。液压油就这样从泵轮流向涡轮，又从涡轮返回到泵轮而形成循环的液流。液力耦合器中的循环液压油，在从泵轮叶片内缘流向外缘的过程中，泵轮对其作功，其速度和动能逐渐增大；而在从涡轮叶片外缘流向内缘的过程中，液压油对涡轮作功，其速度和动能逐渐减小。液压油循环流动的产生，是泵轮和涡轮之间存在着转速差，使两轮叶片外缘处产生压力差。液力耦合器工作时，电动机的动能通过泵轮传给液压油，液压油在循环流动的过程中又将动能传给涡轮输出。液压油在循环流动的过程中，除受泵轮和涡轮之间的作用力之外，没有受到其他任何附加的外力。根据作用力与反作用力相等的原理，液压油作用在涡轮上的扭矩应等于泵轮作用在液压油上的扭矩，这就是液力耦合器的工作原理。
（四）、液力耦合器的调速方法：
液力耦合器在实际工作中的情形是：电动机驱动泵轮旋转，泵轮带动液压油进行旋转，涡轮即受到力矩的作用，在液压油量较小时，当其力矩不足于克服载的起步阻力矩，所以涡轮还不会随泵轮的转动而转动，增加液压油，作用在涡轮上的力矩随之增大，作用在涡轮上的力矩足以克服负载起步阻力而起步，其液压油传递的力矩与负载力矩相等时，转速随之稳定。负载的的力矩和转速成平方比，当随着液压油量的增加，输出力矩加大，涡轮的转速随之加大，达到调节转速的目的。
液力耦合器的工作时，其力矩与速度之间的变化，如图所示的速度矢量图。
图8 液力耦合器速度矢量图
油液螺旋循环流动的流速 VT 保持恒定， VL 为泵轮和涡轮的相对线速度， VE 为泵轮出口速度， VR 为油液的合成速度。涡轮高速转动，即输出和输入的转速接近相同时小，而合成速度 VR 与泵轮出口速度之的夹角很大，这使液流对涡轮很小，这将使输出元件滑动，速度降低。当将油液量加大，相对速度 VL 和合成速度 VR 都很这就使液流对涡轮叶片的推力变得直到有足够的循环油液对涡轮产生足够的冲击力，输出转速变高。
（四） 液力耦合器的转换效率：
液力耦合器调速原理表明，传动速度的改变，实质是机械功率调节的结果。因此液力耦合器输出转速的降低，实际是输出功率减小。在调速过程中，液力耦合器的原传动转速没有发生变化，假设负载转矩不变，原传动的机械功率也不变，那么输入与输出功率的差值功率那里去了呢，显然是被液力耦合器以热能形式损耗掉了。设原传动功率为PM1，输出功率为PM2，损耗功率则为
由以上公式说明液力偶合器是一种耗能型的机械调速装置，调速越深（转速越低）损耗越大，对于平方转矩负载，由于负载转矩按转速平方率变化，原传动输入功率则按转速的平方率降低，损耗功率相对小一些，但输出功率是按转速的立方率减小，调速效率仍然很低。同时在运行中耦合器排油温度高一般勺管位置是在50%左右最高,因为这时涡轮中的油有一半,涡轮与泵轮介面摩擦产生热量大,勺管位置低时涡轮中油少,泵轮与涡摩擦产生的热量虽然大,冷油器可以冷却,勺管位置高时滑差率小,所以排油温度不高一般偶合器的工作冷油器的冷却水门是不调节的，故而低转速时产生的热量是可能通过冷油器带走的，故而随着转速的升高，工作油温是不断增加的。但随着转速的提高，工作油的循环量也增加了，因此工作油有一个高温点，在高温点，液力耦合器的损耗最大。
液力耦合器的性能特点：
（1） 应用范围：
l 调速范围宽，可实现从零调节。
l 没有电气连接，可工作于危险场地，对环境要求不高。
（2）技术成熟：
l 结构简单，操作方便。
l 多年研究，结构合理。
l 全部国产化，维修方便。
（3）性能指标：
l 价格便宜，对精度要求低
l 能量转换效率低。
l 结构简单，故障率低。
l 运行时需加专用的冷却系统。
l 液压油老化后定时更换。
三、变频装置和液力耦合器的优缺点比较：
（一）、节能效果：
1、 变频装置节能效果好，功率因数高
2、 液力耦合器节能效果低，在低速时，有近3／4的能量被浪费。大容量的设备还应添加水冷系统。
（二）、安装方式：
1、 变频装置安装方便，电机和负荷不动，将其加入电源侧即可。
2、 液力耦合需装在电机和负荷中间，在安装时需将电机移位方能安装。
（三）、安全性：
1、 变频装置在出现问题后，可以进行旁路的方式运行。
2、 液力耦合器出现间题后，必需停机维修。
（四）、运行精度：
1、 变频运行精度高，可以实现精确调节，速度是由输出频率限定，当负荷出现波动时，转速不变。
2、 液力耦合器靠油量和负荷的拉动调速，调速精度低，当负荷变化时，转速随之变化。
（五）、维护费用：
1、 变频调速维护费用低，在设备正常运行时无消耗品。
2、 液力耦合器在运行一定时间后，对液压油进行更换。
（六）、操作性：
1、 变频调速操作复杂，需要对操作人员进行专门的培训。
2、 液力耦合器操作简单，方便。
（七）、经济性：
1、
发表于：2009-03-29 11:14:46
6楼
引用15951571515 的回复内容:为什么对滑差电机进行变频改造会有如此大的节能效果呢，因为利用滑差调速方法是的一种耗能的低效调速方法，如公式（２－１）滑差电机主电机轴输出功率：
Ｐ０∝Ｍ０*Ｎ０ 式２－１
Ｐ０：表示轴输出功率
Ｍ０：表示负载转矩
Ｎ０：表示主电机转速
滑差头输出功率：
Ｐ１∝Ｍ０·Ｎ１ 式２－２
Ｐ１：表示输出功率
N１：表示滑差头转速
滑差头损耗功率：
△Ｐ＝Ｐ０－Ｐ１∝Ｍ０（Ｎ０－Ｎ１） 式２－３
由滑差头损耗功率公式（２－３）可以清楚看到，滑差电机的转速越低，浪费能源越大，假如转速在４００ｒｐｍ左右运行，用变频调速的方式会有５０～６０％的节能效果
－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－
以上是滑差电机的效率分析，调速型耦合器的原理与此差不多，其效率分析也一样。
Ｐ０∝Ｍ０*Ｎ０ 式２－１
Ｐ０：表示轴输出功率
Ｍ０：表示负载转矩
Ｎ０：表示主电机转速
滑差头输出功率：
Ｐ１∝Ｍ０·Ｎ１ 式２－２
Ｐ１：表示输出功率
N１：表示滑差头转速
滑差头损耗功率：
△Ｐ＝Ｐ０－Ｐ１∝Ｍ０（Ｎ０－Ｎ１） 式２－３
由滑差头损耗功率公式（２－３）可以清楚看到，滑差电机的转速越低，浪费能源越大，假如转速在４００ｒｐｍ左右运行，用变频调速的方式会有５０～６０％的节能效果
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以上是滑差电机的效率分析，调速型耦合器的原理与此差不多，其效率分析也一样。
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