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水阻調速器的原理和節能分析

發布時間：2014-03-24

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水阻調速器的原理和節能分析

水阻調速器是通過改變電機的轉差率來達到調節電機轉速的目的，常用于風機、水泵等高電壓大功率異步電機。水阻調速器具有結構簡單、成本低廉、節能效率高的特點，水阻調速器的節能效率比液力偶合器效率稍高；與變頻調速、變極調速相比，在低速時效率較低，全速時效率要高于變頻等；與閥門調節相比，節電效果十分顯著。

一、概述

目前大功率異步電機調速方式主要有變極調速、液力耦合調速、變頻調速等，變極調速是有級調速，對電網諧波污染大，發生問題易燒電機；而液力耦合調速器無法克服3％～5％低設計滑差，工作機械達不到電機全速。此外，它們本身均不具有軟起動性能，需要另外專門配置水阻器等軟起動裝置。變頻調速設計時受到電壓、負載功率等參數限制，造價高(特別是高壓大功率變頻器)，且在90％額定速度以上區間微調時的節能率低甚至不節能。而水阻調速器具有軟起動性能，成本比串級調速、變極調速、液力偶合器調速更經濟。

二、水阻調速器原理

水阻調速器根據轉差率隨轉子電阻的增大而增大的原理，通過改變轉子回路中串接的水電阻大小改變電機轉差率，從而獲得不同的轉速。

水阻調速器可實現電機的軟啟動功能。水阻調速屬于恒轉矩調速，通過控制水阻值的減小速度，可實現對電機的加速度的控制。特別是在電機的啟動過程和停止過程中，水阻調速器的軟啟動功能可起到平滑作用。

三、水阻調速器的實現

水阻調速器由水阻池、動極板組、靜極板組、升降機構、升降控制系統等組成。充有工業鹽水的水阻池、動靜極板組構成了電流通路。升降機構負責動極板組的高度調整，通過改變動、靜極板組在水中對應面積來改變水電阻大小，從而改變大小異步電機的轉差率。

水阻調速系統要求以盡可能小的靜態誤差來提高精度，盡量減小超調量以減小電流沖擊(不允許振蕩)，動態性能要求不高。根據這一要求，水阻動極板位置控制采用位置閉環系統，將實際位置與給定位置進行比較，根據其差值來判斷水電阻值未來的變化趨勢，優化了水阻動極板控制系統控制算法。

四、風機調速應用中的節能分析

風機在設計時一般都留有余量，風機轉速不能調節，風量調節是通過調節擋板的開度來實現的，所以風機有相當一部分的能量消耗在風機的擋板上，造成很大的損耗。水阻調速器是在保持風機擋板全開前提下，通過改變水阻大小改變風機轉速，根據風機風量與風機的轉速成正比關系的流體學原理，實現風量的調節。水阻調速消除了擋板阻力，達到節能目的。

風機采用水阻調速方法時，通過犧牲調速器水阻發熱損耗的轉差功率，換取了電機轉速降低后的功率節能。綜合考慮，水阻調速器在高速階段的損耗率低，平均效率高。

五、總結

負載能力有限的變頻調速與不受負載能力限制的水阻調速比較，在低、中速范圍調速時，變頻器的節能率接近1一(N／Ne)³ ，變頻器的節能率大于水阻調速器；在85％的高速范圍調速時，變頻調速的節能功率除去變頻器在交一直一交的過程中消耗的功率后變得很小甚至為負，所以其節能率低于水阻調速器。

液力耦合器調速與水阻調速相比較，液力耦合器因其除了存在轉差損失之外還存在由于液壓油內摩擦造成的嚴重的耦合損失，所以節能率比水阻調節低。液力耦合器調速受液壓機構的限制，調速精度差，存在嚴重的非線性，穩定性差。

隨著水阻調速器的推廣應用，其技術指標有以下幾點發展趨勢：

(1)水阻調速器的小電阻，隨著材料科學和加工工藝的發展可以做得更小。

(2)從節能和能源利用率方面考慮，采用更先進的系統優化設計可將水阻消耗的熱功率吸收利用。

(3)隨著運動控制理論的發展，可進一步提高水阻調速器動極板的位置精度，從而提高水阻的精度使得調速性能更優良。

新型水阻調速器因其負載能力不受電機負載規格的限制，可以適用于高電壓大功率異步電機控制且價格廉價，因此將得到廣泛的應用和發展。

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