水阻調(diào)速器的原理和節(jié)能分析
水阻調(diào)速器是通過改變電機(jī)的轉(zhuǎn)差率來達(dá)到調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速的目的，常用于風(fēng)機(jī)、水泵等高電壓大功率異步電機(jī)。水阻調(diào)速器具有結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉、節(jié)能效率高的特點(diǎn)，水阻調(diào)速器的節(jié)能效率比液力偶合器效率稍高；與變頻調(diào)速、變極調(diào)速相比， 在低速時(shí)效率較低，全速時(shí)效率要高于變頻等；與閥門調(diào)節(jié)相比，節(jié)電效果十分顯著。
一、概述
目前大功率異步電機(jī)調(diào)速方式主要有變極調(diào)速、液力耦合調(diào)速、變頻調(diào)速等， 變極調(diào)速是有級調(diào)速， 對電網(wǎng)諧波污染大， 發(fā)生問題易燒電機(jī)；而液力耦合調(diào)速器無法克服3％ ～5％最低設(shè)計(jì)滑差，工作機(jī)械達(dá)不到電機(jī)全速。此外，它們本身均不具有軟起動(dòng)性能，需要另外專門配置水阻器等軟起動(dòng)裝置。變頻調(diào)速設(shè)計(jì)時(shí)受到電壓、負(fù)載功率等參數(shù)限制，造價(jià)高(特別是高壓大功率變頻器)，且在90％額定速度以上區(qū)間微調(diào)時(shí)的節(jié)能率低甚至不節(jié)能。而水阻調(diào)速器具有軟起動(dòng)性能，成本比串級調(diào)速、變極調(diào)速、液力偶合器調(diào)速更經(jīng)濟(jì)。
二、水阻調(diào)速器原理
水阻調(diào)速器根據(jù)轉(zhuǎn)差率隨轉(zhuǎn)子電阻的增大而增大的原理，通過改變轉(zhuǎn)子回路中串接的水電阻大小改變電機(jī)轉(zhuǎn)差率，從而獲得不同的轉(zhuǎn)速。
水阻調(diào)速器可實(shí)現(xiàn)電機(jī)的軟啟動(dòng)功能。水阻調(diào)速屬于恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速，通過控制水阻值的減小速度，可實(shí)現(xiàn)對電機(jī)的加速度的控制。特別是在電機(jī)的啟動(dòng)過程和停止過程中，水阻調(diào)速器的軟啟動(dòng)功能可起到平滑作用。
三、水阻調(diào)速器的實(shí)現(xiàn)
水阻調(diào)速器由水阻池、動(dòng)極板組、靜極板組、升降機(jī)構(gòu)、升降控制系統(tǒng)等組成。充有工業(yè)鹽水的水阻池、動(dòng)靜極板組構(gòu)成了電流通路。升降機(jī)構(gòu)負(fù)責(zé)動(dòng)極板組的高度調(diào)整，通過改變動(dòng)、靜極板組在水中對應(yīng)面積來改變水電阻大小，從而改變大小異步電機(jī)的轉(zhuǎn)差率。
水阻調(diào)速系統(tǒng)要求以盡可能小的靜態(tài)誤差來提高精度，盡量減小超調(diào)量以減小電流沖擊(不允許振蕩)，動(dòng)態(tài)性能要求不高。根據(jù)這一要求，水阻動(dòng)極板位置控制采用位置閉環(huán)系統(tǒng)，將實(shí)際位置與給定位置進(jìn)行比較，根據(jù)其差值來判斷水電阻值未來的變化趨勢，優(yōu)化了水阻動(dòng)極板控制系統(tǒng)控制算法。
四、風(fēng)機(jī)調(diào)速應(yīng)用中的節(jié)能分析
風(fēng)機(jī)在設(shè)計(jì)時(shí)一般都留有余量，風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速不能調(diào)節(jié)，風(fēng)量調(diào)節(jié)是通過調(diào)節(jié)擋板的開度來實(shí)現(xiàn)的，所以風(fēng)機(jī)有相當(dāng)一部分的能量消耗在風(fēng)機(jī)的擋板上，造成很大的損耗。水阻調(diào)速器是在保持風(fēng)機(jī)擋板全開前提下，通過改變水阻大小改變風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速，根據(jù)風(fēng)機(jī)風(fēng)量與風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速成正比關(guān)系的流體學(xué)原理，實(shí)現(xiàn)風(fēng)量的調(diào)節(jié)。水阻調(diào)速消除了擋板阻力，達(dá)到節(jié)能目的。
風(fēng)機(jī)采用水阻調(diào)速方法時(shí)，通過犧牲調(diào)速器水阻發(fā)熱損耗的轉(zhuǎn)差功率，換取了電機(jī)轉(zhuǎn)速降低后的功率節(jié)能。綜合考慮，水阻調(diào)速器在高速階段的損耗率低，平均效率高。
五、總結(jié)
負(fù)載能力有限的變頻調(diào)速與不受負(fù)載能力限制的水阻調(diào)速比較，在低、中速范圍調(diào)速時(shí)，變頻器的節(jié)能率接近1一(N／Ne)³ ，變頻器的節(jié)能率大于水阻調(diào)速器；在85％ 的高速范圍調(diào)速時(shí)，變頻調(diào)速的節(jié)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(fù)，所以其節(jié)能率低于水阻調(diào)速器。
液力耦合器調(diào)速與水阻調(diào)速相比較，液力耦合器因其除了存在轉(zhuǎn)差損失之外還存在由于液壓油內(nèi)摩擦造成的嚴(yán)重的耦合損失，所以節(jié)能率比水阻調(diào)節(jié)低。液力耦合器調(diào)速受液壓機(jī)構(gòu)的限制，調(diào)速精度差，存在嚴(yán)重的非線性，穩(wěn)定性差。
隨著水阻調(diào)速器的推廣應(yīng)用，其技術(shù)指標(biāo)有以下幾點(diǎn)發(fā)展趨勢：
(1)水阻調(diào)速器的最小電阻，隨著材料科學(xué)和加工工藝的發(fā)展可以做得更小。
(2)從節(jié)能和能源利用率方面考慮，采用更先進(jìn)的系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)可將水阻消耗的熱功率吸收利用。
(3)隨著運(yùn)動(dòng)控制理論的發(fā)展，可進(jìn)一步提高水阻調(diào)速器動(dòng)極板的位置精度，從而提高水阻的精度使得調(diào)速性能更優(yōu)良。
新型水阻調(diào)速器因其負(fù)載能力不受電機(jī)負(fù)載規(guī)格的限制，可以適用于高電壓大功率異步電機(jī)控制且價(jià)格廉價(jià)，因此將得到廣泛的應(yīng)用和發(fā)展。
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