之比，因?yàn)?/span>M_B=-M_T，故有：

在忽略液力耦合器的機(jī)械損失和容積損失等時(shí)，液力耦合器的調(diào)速效率等于調(diào)速比，S為轉(zhuǎn)差率，S = (n_B – n_T)/n_B。
    當(dāng)風(fēng)機(jī)與水泵由液力耦合器驅(qū)動(dòng)調(diào)速工作時(shí)，風(fēng)機(jī)或水泵的輸入軸與液力耦合器的從動(dòng)軸相連接，故風(fēng)機(jī)水泵的轉(zhuǎn)速等于液力耦合器渦輪的轉(zhuǎn)速，即n=n_T ，而其軸功率P等于渦輪軸傳遞的功率，即P=P_T 。根據(jù)葉片式風(fēng)機(jī)水泵的比例定律可知，風(fēng)機(jī)水泵的軸功率P與其轉(zhuǎn)速的三次方成正比，即。當(dāng)液力耦合器在最大轉(zhuǎn)速比時(shí)，兩式相除得：

為求出最大轉(zhuǎn)差功率損耗時(shí)的轉(zhuǎn)速比，可將式（6）的對(duì)i求導(dǎo)數(shù)，再令導(dǎo)數(shù)為零，求出其極值點(diǎn)，即可求出其極大值或極小值：

得出取得極大值得極值點(diǎn)為 i = 2/3 = 0.667。把極大值代入式（6）可求出液力耦合器的最大轉(zhuǎn)差功率損耗為：

    以上通過(guò)理論分析，導(dǎo)出了液力耦合器的渦輪傳遞功率P_T、泵輪傳遞功率P_B、以及轉(zhuǎn)差功率損失 的計(jì)算公式；證明了液力耦合器的最低轉(zhuǎn)差功率損失發(fā)生在轉(zhuǎn)速比i = 2/3處。而不是轉(zhuǎn)速越低，  越大。

圖1 葉片式風(fēng)機(jī)水泵在采用液力耦合器調(diào)速時(shí)的調(diào)速效率、泵輪傳遞功率、渦輪傳遞功率、轉(zhuǎn)差損失功率與轉(zhuǎn)速比的關(guān)系曲線

由以上推導(dǎo)的結(jié)果可以作出葉片式風(fēng)機(jī)水泵在采用液力耦合器調(diào)速時(shí)的調(diào)速效率、泵輪傳遞功率、渦輪傳遞功率、轉(zhuǎn)差損失功率與轉(zhuǎn)速比的關(guān)系曲線，如圖1所示。從圖1中可以直觀地看出：調(diào)速效率與轉(zhuǎn)速的一次方成正比，泵輪傳遞功率P_B與轉(zhuǎn)速的二次方成正比，而渦輪傳遞功率P_T則與轉(zhuǎn)速的三次方成正比，轉(zhuǎn)差損失功率為泵輪功率減去渦輪功率：＝P_B-P_T，其最大值發(fā)生在三分之二轉(zhuǎn)速處，為額定輸入功率P_B的15.4-15.7 %。并且隨著轉(zhuǎn)速比的減小，液力耦合器泵輪和渦輪所傳遞的功率也迅速減小，因而當(dāng)液力耦合器泵輪所傳遞的功率P_B和渦輪所傳遞的功率P_T都變得很小時(shí)，轉(zhuǎn)差損失功率也就是一個(gè)很小的量了；說(shuō)明在低轉(zhuǎn)速時(shí)，用變頻器代替液耦雖然有很高的節(jié)電率，但是節(jié)省的電功率卻并不多。

    這里需要特別注意的是：在大多數(shù)工程中，電動(dòng)機(jī)、液力耦合器與風(fēng)機(jī)的額定轉(zhuǎn)速相同或十分接近，關(guān)于液力耦合器的能耗分析可見(jiàn)以上所述；但是在有些工程中，所選的電動(dòng)機(jī)和風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速不一樣（風(fēng)機(jī)的額定轉(zhuǎn)速小于電動(dòng)機(jī)的額定轉(zhuǎn)速，而液耦地輸入轉(zhuǎn)速一般與電動(dòng)機(jī)相同）時(shí)，液耦的能耗分析就不能照搬以上的分析結(jié)果了。在這里變成：
    （1）液力耦合器的轉(zhuǎn)速比還是i=渦輪轉(zhuǎn)速/泵輪轉(zhuǎn)速，傳送效率還是i；
    （2）液力耦合器額定負(fù)載（風(fēng)機(jī)的額定負(fù)載）時(shí)的轉(zhuǎn)速比已經(jīng)不再是i_n = 0.97～0.98，而是i_n =n_fe/nd了：等于風(fēng)機(jī)的額定轉(zhuǎn)速/電動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)速了；
    （3）液耦的損耗功率＝P_B-P_T = P_fn/i_n-i³/i³_nP_fn = (1/i_n-i³/i³_n)P_fn；
    額定負(fù)載時(shí)液耦的損耗是_e = (1/i_n-1)P_fn；
    （4）液耦的最大轉(zhuǎn)差功率損耗max＝ 0.148 P_Bn/i²_n = 0.226 P_fn（i_n=0.81）；
    （5）變頻代替液耦的節(jié)電率還是（1- n/ne）*100% ；
    （6）節(jié)省的電功率已經(jīng)不是P_Tn乘以節(jié)電率了，而是P_fn/i_n乘以節(jié)電率了。
    例如：電動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)速是988r/min，風(fēng)機(jī)的額定轉(zhuǎn)速是800r/min，額定功率是800kW的話，那么當(dāng)轉(zhuǎn)速控制在600r/m時(shí)：
    轉(zhuǎn)速比 i = 60.7% 額定轉(zhuǎn)速；
    傳送效率= 60.7%  i_n = 800/988 = 0.81；
    損耗功率＝P_B-P_T = (1-i)*P_fn/i_n = (1-0.607)P_fn/0.81 = 0.485 P_fn；
    節(jié)電率=（1- n/ne）*100% = 39.3%；
    節(jié)省電功率= 0.393 P_b = 0.485 P_fn；
    與以上的分析相比，節(jié)電率還是一樣的，但是節(jié)省的電功率卻增加了，因?yàn)樵谕瑯拥膫魉?/span>P_fn風(fēng)機(jī)額定功率時(shí)，液耦的損耗增加了，增加的比例為風(fēng)機(jī)與電動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)速比的倒數(shù)減1，或稱電動(dòng)機(jī)高出風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速的百分比。
    在這種情況下，電動(dòng)機(jī)和液力耦合器功率選擇的原則應(yīng)該是：風(fēng)機(jī)額定功率除以風(fēng)機(jī)和電動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)速之比，這是折算到液力耦合器泵輪也就是電動(dòng)機(jī)輸出端的功率，再適當(dāng)考慮5-10% 的功率余量，就是所選電動(dòng)機(jī)的額定功率。由此可見(jiàn)，這種設(shè)計(jì)方案對(duì)于電動(dòng)機(jī)和液耦容量選擇都是不利的，同時(shí)也增加了液耦運(yùn)行時(shí)的功率損耗。
    液力耦合器雖然屬于低效調(diào)速裝置，但是當(dāng)用在像葉片式的風(fēng)機(jī)、水泵類二次方轉(zhuǎn)矩負(fù)載時(shí)，需要的軸功率與轉(zhuǎn)速的三次方成正比，所以相對(duì)于閥門調(diào)節(jié)來(lái)講也有相當(dāng)好的節(jié)能效果，尤其是在低轉(zhuǎn)速時(shí)具有相當(dāng)高的節(jié)電率。
    雖然液力耦合器的調(diào)速效率等于調(diào)速比，但是當(dāng)用在風(fēng)機(jī)水泵類負(fù)載時(shí)由于低轉(zhuǎn)速時(shí)的傳送功率也很小，實(shí)際損耗并不大：其最大損耗發(fā)生在2/3額定轉(zhuǎn)速時(shí)，可達(dá)額定傳送功率的15.7%！再加上其固有損耗，最大不會(huì)超過(guò)額定傳送功率的20%而已！
    所以當(dāng)用變頻器取代液力耦合器時(shí)，其節(jié)電率=（1- n/ne）*100%，或稱：“1–調(diào)速比！”，尤其是在低轉(zhuǎn)速時(shí)具有很高的節(jié)電率，但是其節(jié)電量即實(shí)際節(jié)省的電功率并不多，最多不會(huì)超過(guò)額定傳送功率的20%！(因?yàn)樽冾l器也有損耗，一般可以與液力耦合器的固有損耗相抵消)。這是因?yàn)橐毫︸詈掀飨鄬?duì)于閥門調(diào)節(jié)來(lái)說(shuō)，已經(jīng)節(jié)省下了很大的一部分能量了，所以在談及節(jié)能問(wèn)題時(shí)不能簡(jiǎn)單地和節(jié)電率的概念混為一談！節(jié)電率只是一個(gè)相對(duì)的概念，只有用節(jié)電量乘上電價(jià)才是節(jié)省的電費(fèi)！對(duì)于這一點(diǎn)，應(yīng)當(dāng)有一個(gè)清醒的認(rèn)識(shí)。

    3拆除和保留液耦對(duì)節(jié)電率的影響
    液力耦合器除了調(diào)速效率的損耗之外，還有兩項(xiàng)固有的損耗：
    （1）首先液力耦合器具有約3～5%的丟轉(zhuǎn)率，這不僅意味著其最高轉(zhuǎn)速達(dá)不到電動(dòng)機(jī)的額定轉(zhuǎn)速，同時(shí)也意味著傳送功率的損耗，而液力耦合器的傳動(dòng)效率等于轉(zhuǎn)速比，所以丟轉(zhuǎn)損耗還意味著占傳送功率3～5%的功率損耗。
    （2）除了丟轉(zhuǎn)損耗外，液力耦合器的冷卻水系統(tǒng)和油泵系統(tǒng)等輔助設(shè)備以及液力耦合器的機(jī)械損耗和容積損耗等也要消耗一定的功率，約占傳送功率3～5%，這兩部分損耗加起來(lái)就要占到傳送功率的6～10%。
    所以當(dāng)對(duì)于原來(lái)采用液力耦合器拖動(dòng)的設(shè)備進(jìn)行變頻調(diào)速節(jié)能改造時(shí)，拆除和保留液力耦合器對(duì)于節(jié)電率的影響如下：
    （1）拆除液力耦合器。在一般的調(diào)速范圍內(nèi)，可以將變頻器的效率損耗與液力耦合器的容積損耗和摩擦損耗相抵消，而丟轉(zhuǎn)損耗則可以納入調(diào)速效率統(tǒng)一計(jì)算，那么節(jié)能計(jì)算就變得十分簡(jiǎn)單了：
          節(jié)電率=（1- n/ne）*100%，或稱：“1–調(diào)速比”
    例：一臺(tái)額定功率為1000kW的風(fēng)機(jī)，當(dāng)用風(fēng)門控制風(fēng)量為50%額定風(fēng)量時(shí)，其消耗的電功率為580kW，采用液力耦合器調(diào)速控制所消耗的電功率為260kW，節(jié)省電功率320kW，節(jié)電率為55.2%；當(dāng)采用變頻器代替液力耦合器調(diào)速控制時(shí)，其節(jié)電率=1-調(diào)速比= 50%，但是所節(jié)省的電功率僅為130kW！
    （2）保留液力耦合器。就要比拆除液力耦合器多出上面分析的兩項(xiàng)損耗：丟轉(zhuǎn)損耗和液耦的固有損耗，這兩部分損耗加起來(lái)就要占到傳送功率的6～10%，就會(huì)直接減少6～10個(gè)點(diǎn)的節(jié)電率。而遠(yuǎn)不止3個(gè)百分點(diǎn)。
    上例中若保留液力耦合器的話，以傳送功率260kW的8%計(jì)算液耦的兩項(xiàng)損耗為20.8kW，變頻調(diào)速節(jié)省電功率為109.2kW，節(jié)電率降低為42%。
    筆者曾經(jīng)親自在一臺(tái)1600kW水泥窯高溫風(fēng)機(jī)上進(jìn)行過(guò)實(shí)測(cè)：在保留液力耦合器的情況下節(jié)電率為12%；拆除液力耦合器后在同樣的工況條件下，測(cè)得節(jié)電率為19.8%。所以不管你承認(rèn)不承認(rèn)，實(shí)際的測(cè)量結(jié)果早已經(jīng)證明了這一點(diǎn)！

        4結(jié)束語(yǔ)
    目前在電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速節(jié)能改造領(lǐng)域，對(duì)于原來(lái)采用液力耦合器拖動(dòng)的設(shè)備進(jìn)行變頻調(diào)速改造時(shí)，在保留和拆除液力耦合器對(duì)于節(jié)電率的影響問(wèn)題上存在著很大的誤區(qū)：很多技術(shù)人員和企業(yè)領(lǐng)導(dǎo)甚至包括所謂的專家，都普遍認(rèn)為如果保留液力耦合器的話只影響3-5%的節(jié)電率，而通過(guò)工程實(shí)際測(cè)量的結(jié)果是至少要減少8-10%，有的甚至超過(guò)10%！因?yàn)樗麄冎豢吹揭毫︸詈掀?/span>3-5%的丟轉(zhuǎn)損耗，而忽略了還有占額定傳送功率約3-5%的固有損耗（容積損耗和摩擦損耗以及冷卻水系統(tǒng)和潤(rùn)滑油系統(tǒng)所消耗的功率）的存在，所以就出現(xiàn)了上述影響節(jié)電率3-5%的說(shuō)法。為了糾正這個(gè)錯(cuò)誤以正視聽(tīng)，有必要從理論和實(shí)踐兩個(gè)方面予以澄清，避免用戶尤其是EMC企業(yè)在進(jìn)行節(jié)能率估算的時(shí)候出現(xiàn)差錯(cuò)，造成不必要的經(jīng)濟(jì)損失。  

    作者簡(jiǎn)介 
    徐甫榮：男，1946年生，1970年畢業(yè)于西安交通大學(xué)電機(jī)工程系發(fā)電廠電力網(wǎng)及電力系統(tǒng)專業(yè)，國(guó)家電力公司西安熱工研究院退休教授級(jí)高工，長(zhǎng)期從事發(fā)電廠自動(dòng)化和輔機(jī)節(jié)能工作。退休后曾在中山明陽(yáng)公司，深圳微能公司，深圳科陸變頻器公司任高級(jí)技術(shù)顧問(wèn)和工程技術(shù)總監(jiān)，在北京國(guó)電四維節(jié)能技術(shù)公司任總工程師。曾在國(guó)內(nèi)外各類刊物上發(fā)表論文近百篇；并著有《高壓變頻調(diào)速技術(shù)應(yīng)用實(shí)踐》和《高壓變頻調(diào)速技術(shù)工程實(shí)踐》兩書。

    參考文獻(xiàn) 
    [1]徐甫榮:《高壓變頻調(diào)速技術(shù)應(yīng)用實(shí)踐》,中國(guó)電力出版社2007年2月北京.
    [2]徐甫榮:《高壓變頻調(diào)速技術(shù)工程實(shí)踐》,中國(guó)電力出版社2012年1月北京.