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    交流異步電動機的調速方式有調壓調速﹑電磁調速﹑液力偶合器調速﹑變極調速和變頻調速。其中，調壓調速﹑電磁調速﹑液力偶合器調速是改變轉差率S的調速方式，需要消耗轉差功率，這種消耗轉差功率的調速方式，也就是調速需要以消耗能量為代價，是低效的調速方式；變極調速和變頻調速是改變電動機極數和電源頻率，是一種改變旋轉磁場同步速度的方法，轉差率S未變，沒有轉差損耗，是不耗能的調速。某30萬kW火力發電廠使用若干臺1000kW風機和水泵，其調速方式均為液力偶合器調速。對于某一臺1000kW風機或水泵，如果分別用液力偶合器調速或變頻調速，且假設風機的輸出的風量在額定風量的65%-100%范圍內變化，對比它們的投資和節能是很有意義的事。

    二?液力偶合器調速系統效率

    液力偶合器的實質是離心式油泵與渦輪機的組合。主要由輸入軸、輸出軸、泵輪、渦輪、外殼、輔助腔及安全保護裝置等組成。輸入軸一端與動力機相連，另一端與泵輪相連；輸出軸一端與渦輪相連，另一端與工作機相連。泵輪與渦輪對稱布置，輪內設置一定數量的葉片。外殼與泵輪固連成一個密封腔，腔內充填工作液體以傳遞動力。所配置的易熔塞、易爆塞等安全保護裝置，能保證偶合器在超載時不發生事故。當動力機通過輸入軸帶動偶合器泵輪旋轉時，充填在偶合器工作腔內的工作液體受離心力和工作輪葉片的雙重作用，從半徑較小的泵輪入口被加速加壓拋向半徑較大的泵輪出口，同時，液體的動量矩獲得增量，即泵輪將動力機輸入的機械能轉化成了液體動能。當具有液體動能的工作液體由泵輪出口沖向對面的渦輪時，液流便沖擊渦輪葉片使之與泵輪同方向轉動，也就是說液體動能又轉化成了機械能，驅動渦輪旋轉并帶動工作機做功。釋放完液體動能的工作液體由渦輪入口流向渦輪出口并再次進入泵輪入口，開始下一次循環流動。就這樣，工作液體在泵輪與渦輪間周而復始不停地作螺旋環流運動，于是輸出與輸入在沒有任何機械連接的情況下，僅靠液體動能便柔性地聯接在一起了。由于液力偶合器傳遞力矩的能力與其工作腔內的充液率大致成正比，故若在運行中設法改變工作腔的充液率，便可以調節輸出力矩和輸出轉速，這便是調速型液力偶合器調速的基本原理。

    液力偶合器有調速型和限矩型之分，前者用于電氣傳動的調速，后者用于電機的起動。系統中的液力偶合器在電機起動時起緩沖作用，液力偶合器本身的損耗是由主動部分的磨擦損耗及從動部分的機械磨擦損耗所產生的。如果考慮到這些損耗與工作腔內對工作油進行加壓的功率相平衡，且忽略不計的話，液力偶合器的輸入?輸出功率可由下式計算：

    電動機軸輸出功率

    P1=T1n1（1）

    式中：T1—電動機的輸出轉矩

    n1–-電動機的輸出軸轉速

    液力偶合器軸輸出功率

    P2=T2n2（2）

    式中：T2—液力偶合器的輸出轉矩

    n2–-液力偶合器的輸出軸轉速

    （3）

    電動機的輸出功率，即為液力偶合器的輸入功率，對于恒轉矩負載T=T1=T2，所以，液力偶合器的效率：

    在恒轉矩負載下，液力偶合器的效率正比于輸出轉速，損耗功率與轉差損耗成正比，即：（4）

    轉差率可按下式計算：

    （5）

    則得：（6）

    對于機械特性為平方轉矩風機?泵類負載，輸出功率與轉速的三次方成正比：

    （7）

    即：

    （8）

    式中：

    --

    設電機側(包含液力偶合器的輸入軸拖動的主動工作輪)效率為，電機的輸入功率為：

    （9）

    若在的條件下，電機的輸入功率。

    液力偶合器調速為低效的調速方式，調速過程中消耗的轉差功率為

    （10）

    由（4）式和（10）式可見，機械特性為平方轉矩風機﹑泵類負載，液力偶合器調速過程中消耗的轉差功率損耗比恒轉矩負載損耗的功率要小得多，這是因為平方轉矩特性風機?泵類負載，當轉速下降時，輸出功率按轉速下降速率的三次方關系下降。

    三﹑風機?泵類負載變頻調速和液力偶合器調速的耗能比較

    假定風機?泵類負載沒有節流裝置調節，根據風機特性的相似性原理和以上假設風機的輸出的風量在額定風量的65%-100%范圍內變化，則風機的轉速也在額定轉速的65%-100%范圍內變化，由（10）式計算液力偶合器調速的耗能量如表1括弧中所示，當轉速為額定轉速時，由公式（3）其效率等，這不符合液力偶合器效率最高為95%的特性，因此對計算出的數據進行了修正。

    變頻器的效率一般為96%，所以變頻器損耗統一按4%計算。實際上，風機?泵類負載轉速降低時，變頻器的效率有所提高。

    表1風機?泵類負載變頻調速和液力偶合器調速，不同轉速時的節能量

    由表1中可見，風機?泵類負載轉速降低，液力偶合器調速的耗能量在增加。

    四﹑變頻調速和液力偶合器調速的投資比較

    1﹑投資比較：

    一臺1000kW風機﹑泵類負載的液力偶合器的價格為40萬元人民幣，一臺1000kW的高壓變頻器為80萬元人民幣，投資相差40萬元。

    2﹑節能比較

    變頻調速節能和節約的電費比較如表2所示：

    表2變頻調速節能和節電費比較表：

    用變頻器取代液力偶合器調速，且調速范圍在65%-100%額定轉速時，節能量最大為19.79%-4%=15.79%，但是，由于電動機的功率很大（1000Kw），每天按24小時，每年按300天計算，節電量仍非常可觀。電費按每度0.5元計算，年節電費最多為56.8萬元。即使在額定轉速下運行，由于變頻器的效率比液力偶合器高一個百分點，年節電費最少也有3.6萬元。在調速過程中，風機不可能總是在0.65的額定速度下運轉。由于設計﹑選型方面的因素，15%余量是常見的，那么，風機在0.85的額定速度下運轉時所節電費為42.6萬元，在1年的時間內可補償由于選用變頻器額而多花的40萬元。

    實際上，由于液力偶合器的效率最高為95%，由（3）式可知，液力偶合器調速起碼損失5%的轉速，變頻調速基本沒有轉速損失，因此，用變頻調速時，變頻器的輸出頻率要適當下調，調速就節能。對于機械特性為平方轉矩風機﹑泵類負載，轉速的降低節能率大幅度提高，節能的效益會更顯著，投資回收的時間會縮短。

    五﹑結語

    交流異步電動機可用多種方法調速，液力偶合器調速時常用的方法之一，主要的優點是結構簡單，造價較低，缺點是耗能。對于風機?泵類負載，液力偶合器調速要比變頻調速多耗能；對恒轉矩負載，多耗能的比例更高。在風機?泵類負載上選用變頻調速，有非常好的節能效果，經濟效益極好，因此，用變頻調速取代液力偶合器初始投資大一些，投資回收期很短，從經濟角度考慮是值得的，從節能減排社會效益考慮有很大的意義。