水阻調(diào)速器的原理和節(jié)能分析
水阻調(diào)速器是通過(guò)改變電機(jī)的轉(zhuǎn)差率來(lái)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(jiǎn)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(mén)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(jí)調(diào)速， 對(duì)電網(wǎng)諧波污染大， 發(fā)生問(wèn)題易燒電機(jī)；而液力耦合調(diào)速器無(wú)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(mén)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(jí)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(guò)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(guò)控制水阻值的減小速度，可實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)的加速度的控制。特別是在電機(jī)的啟動(dòng)過(guò)程和停止過(guò)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(guò)改變動(dòng)、靜極板組在水中對(duì)應(yīng)面積來(lái)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(lái)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(lái)判斷水電阻值未來(lái)的變化趨勢(shì)，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(guò)調(diào)節(jié)擋板的開(kāi)度來(lái)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(kāi)前提下，通過(guò)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(guò)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(guò)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(shì)：
(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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