带压开孔设备中液压调速与电机调速功率变化

在管道工程机械或管道带压开孔工程施工中，大多数都是以液压动力为主的大型机械设备。主要是因为液压设备的驱动单元体积较小、重量较轻、拆卸方便及动力直接和强劲等优点而被广泛采用。

1.液压驱动在管道带压开孔设备中应用的优势主要体现在以下几点：

1.1单位功率的重量轻，即在输出同等功率的条件下，体积小、重量轻、惯性小、结构紧凑、动态性能好。

举个简单的例子：带压开孔机液压马达的力和重量比，比所述直流电动机约大100倍;DN300-DN800带压开孔机中的中等功率液压马达和DC马达进行比较，比功率和重量大的电机转矩和惯性比为：10～20倍，8～10倍。

以上数据可以通过液压马达与电机的铭牌就能计算出来，这里不再举详细的数据进行计算了。在后期的维修或报废更换来说，液压马达的成本会更低一些。

2.液压能方便的实现无极调速，并且调速范围大。

液压马达主要是靠输入流量或改变马达排量的方式均可达到调速的目的，可以实现线性调速、无极调速等，而功率和能量损失很小。

2.1调速回路主要有：

a.节流调速回路:由定量泵供油，用流量阀调节进入或流出执行机构的流量来实现调速；

b.容积调速回路：用调节变量泵或变量马达的排量来调速；

c.容积流调速回路：用限压变量泵供油，由流量阀调节进入执行机构的流量，并使变量泵的流量与调节阀的调节流量相适应来实现调速。

2.2液压调速的系统

可分为阀控式调速系统以及泵控式调速系统。

a.阀控式调速系统

带压开孔机的阀控式调速系统主要由带压开孔机上的定量泵、定量马达、溢流阀和节流阀组成，通过节流阀改变液压马达的进口流量进行调速，所以也称为节流调速。

这种系统结构简单，成本低。液压泵的输出流量必须大于液压马达所需的最大流量，多于的流量通过溢流阀流回油箱，以使油泵压力保持稳定。由于液压泵是定压的，所以马达转速载荷变化的影响较大。同时由于通过液压马达的液体流量和工作压力均小于泵的供油流量和压力，故这种系统在低速时的相对于泵控式调速系统来说，传动效率较低一些。一般效率=0.2~0.65，变速比R=5~100。

b.泵控式液压调速系统

主要由变量泵定量马达和溢流阀组成。假设采用的是斜盘式变量泵，调节斜盘倾角就可以调节泵的排量和流量，进而改变液压马达的转速。所以也称为溶积调速。

带压开孔设备中，系统管道中的压力P随液压马达输出转矩T的增大而增大，当其增大到溢流阀的设定压力时，溢流阀被打开使压力油流回油箱，液压马达的输出转速便迅速下降到零，而输出转矩T则限制在一定范围，起到过载保护作用。

如果以带有压力反馈的恒功率变量泵取代外控式变量泵后，就会使流量随压力变化而自动变化（保持近拟双曲线的规律变化），使泵输出功率近似不变，这样的系统可按外载荷变化实现自动调速，可使系统经常处于最佳工况运转，充分利用汽油机/柴油机等动力机的功率。

泵控式液压调速系统只在泵、马达和管道中存在少量功率损失，没有节流损失，因此传动效率可高达0.8~0.9，变速比R=4~100。

3.交流异步电机调速

3.1从异步电动的转速关系式n=n1(1-s)=60(f1/P)(1-s)中可见，要改变电动机的转速，从三个方面入手：

a.改变异步电机定子绕组的极对数P，以改变定子旋转磁场的转速n1，即所谓变极调速（只能跟电源开关一样一级级调速，不能均匀调速）。

b.改变电动机所接电源的频率以改变n1，即所谓变频调速；

c.改变电机的转差率S。

电动机功率：

a.三相电动机的额定电流的计算公式：P＝1.732×U×I×cosφ；

b.单相电动机额定电流的计算公式：P＝U×I×cosφ；

c.通用计算公式：P＝1.732×IU×功率因数×效率（三相的）

而电机转矩是磁通与电枢电流、转矩系数的乘积，而磁通是与线圈匝数成正比的。因此，电动机调速存着极大的功率损失和电能浪费。

电动机的变频及转速将在以后的文章中还要有更加详细的分析和阐述，关注先锋管道百家号便于探讨和交流。