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水阻调速器的原理和节能分析

发布时间：2014-03-24

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水阻调速器的原理和节能分析

水阻调速器是通过改变电机的转差率来达到调节电机转速的目的，常用于风机、水泵等高电压大功率异步电机。水阻调速器具有结构简单、成本低廉、节能效率高的特点，水阻调速器的节能效率比液力偶合器效率稍高；与变频调速、变极调速相比，在低速时效率较低，全速时效率要高于变频等；与阀门调节相比，节电效果十分显著。

一、概述

目前大功率异步电机调速方式主要有变极调速、液力耦合调速、变频调速等，变极调速是有级调速，对电网谐波污染大，发生问题易烧电机；而液力耦合调速器无法克服3％～5％低设计滑差，工作机械达不到电机全速。此外，它们本身均不具有软起动性能，需要另外专门配置水阻器等软起动装置。变频调速设计时受到电压、负载功率等参数限制，造价高(特别是高压大功率变频器)，且在90％额定速度以上区间微调时的节能率低甚至不节能。而水阻调速器具有软起动性能，成本比串级调速、变极调速、液力偶合器调速更经济。

二、水阻调速器原理

水阻调速器根据转差率随转子电阻的增大而增大的原理，通过改变转子回路中串接的水电阻大小改变电机转差率，从而获得不同的转速。

水阻调速器可实现电机的软启动功能。水阻调速属于恒转矩调速，通过控制水阻值的减小速度，可实现对电机的加速度的控制。特别是在电机的启动过程和停止过程中，水阻调速器的软启动功能可起到平滑作用。

三、水阻调速器的实现

水阻调速器由水阻池、动极板组、静极板组、升降机构、升降控制系统等组成。充有工业盐水的水阻池、动静极板组构成了电流通路。升降机构负责动极板组的高度调整，通过改变动、静极板组在水中对应面积来改变水电阻大小，从而改变大小异步电机的转差率。

水阻调速系统要求以尽可能小的静态误差来提高精度，尽量减小超调量以减小电流冲击(不允许振荡)，动态性能要求不高。根据这一要求，水阻动极板位置控制采用位置闭环系统，将实际位置与给定位置进行比较，根据其差值来判断水电阻值未来的变化趋势，优化了水阻动极板控制系统控制算法。

四、风机调速应用中的节能分析

风机在设计时一般都留有余量，风机转速不能调节，风量调节是通过调节挡板的开度来实现的，所以风机有相当一部分的能量消耗在风机的挡板上，造成很大的损耗。水阻调速器是在保持风机挡板全开前提下，通过改变水阻大小改变风机转速，根据风机风量与风机的转速成正比关系的流体学原理，实现风量的调节。水阻调速消除了挡板阻力，达到节能目的。

风机采用水阻调速方法时，通过牺牲调速器水阻发热损耗的转差功率，换取了电机转速降低后的功率节能。综合考虑，水阻调速器在高速阶段的损耗率低，平均效率高。

五、总结

负载能力有限的变频调速与不受负载能力限制的水阻调速比较，在低、中速范围调速时，变频器的节能率接近1一(N／Ne)³ ，变频器的节能率大于水阻调速器；在85％的高速范围调速时，变频调速的节能功率除去变频器在交一直一交的过程中消耗的功率后变得很小甚至为负，所以其节能率低于水阻调速器。

液力耦合器调速与水阻调速相比较，液力耦合器因其除了存在转差损失之外还存在由于液压油内摩擦造成的严重的耦合损失，所以节能率比水阻调节低。液力耦合器调速受液压机构的限制，调速精度差，存在严重的非线性，稳定性差。

随着水阻调速器的推广应用，其技术指标有以下几点发展趋势：

(1)水阻调速器的小电阻，随着材料科学和加工工艺的发展可以做得更小。

(2)从节能和能源利用率方面考虑，采用更先进的系统优化设计可将水阻消耗的热功率吸收利用。

(3)随着运动控制理论的发展，可进一步提高水阻调速器动极板的位置精度，从而提高水阻的精度使得调速性能更优良。

新型水阻调速器因其负载能力不受电机负载规格的限制，可以适用于高电压大功率异步电机控制且价格廉价，因此将得到广泛的应用和发展。

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