帶壓開孔設備中液壓調速與電機調速功率變化

在管道工程機械或管道帶壓開孔工程施工中，大多數都是以液壓動力為主的大型機械設備。主要是因為液壓設備的驅動單元體積較小、重量較輕、拆卸方便及動力直接和強勁等優點而被廣泛采用。

1.液壓驅動在管道帶壓開孔設備中應用的優勢主要體現在以下幾點：

1.1單位功率的重量輕，即在輸出同等功率的條件下，體積小、重量輕、慣性小、結構緊湊、動態性能好。

舉個簡單的例子：帶壓開孔機液壓馬達的力和重量比，比所述直流電動機約大100倍;DN300-DN800帶壓開孔機中的中等功率液壓馬達和DC馬達進行比較，比功率和重量大的電機轉矩和慣性比為：10～20倍，8～10倍。

以上數據可以通過液壓馬達與電機的銘牌就能計算出來，這里不再舉詳細的數據進行計算了。在后期的維修或報廢更換來說，液壓馬達的成本會更低一些。

2.液壓能方便的實現無極調速，并且調速范圍大。

液壓馬達主要是靠輸入流量或改變馬達排量的方式均可達到調速的目的，可以實現線性調速、無極調速等，而功率和能量損失很小。

2.1調速回路主要有：

a.節流調速回路:由定量泵供油，用流量閥調節進入或流出執行機構的流量來實現調速；

b.容積調速回路：用調節變量泵或變量馬達的排量來調速；

c.容積流調速回路：用限壓變量泵供油，由流量閥調節進入執行機構的流量，并使變量泵的流量與調節閥的調節流量相適應來實現調速。

2.2液壓調速的系統

可分為閥控式調速系統以及泵控式調速系統。

a.閥控式調速系統

帶壓開孔機的閥控式調速系統主要由帶壓開孔機上的定量泵、定量馬達、溢流閥和節流閥組成，通過節流閥改變液壓馬達的進口流量進行調速，所以也稱為節流調速。

這種系統結構簡單，成本低。液壓泵的輸出流量必須大于液壓馬達所需的最大流量，多于的流量通過溢流閥流回油箱，以使油泵壓力保持穩定。由于液壓泵是定壓的，所以馬達轉速載荷變化的影響較大。同時由于通過液壓馬達的液體流量和工作壓力均小于泵的供油流量和壓力，故這種系統在低速時的相對于泵控式調速系統來說，傳動效率較低一些。一般效率=0.2~0.65，變速比R=5~100。

b.泵控式液壓調速系統

主要由變量泵定量馬達和溢流閥組成。假設采用的是斜盤式變量泵，調節斜盤傾角就可以調節泵的排量和流量，進而改變液壓馬達的轉速。所以也稱為溶積調速。

帶壓開孔設備中，系統管道中的壓力P隨液壓馬達輸出轉矩T的增大而增大，當其增大到溢流閥的設定壓力時，溢流閥被打開使壓力油流回油箱，液壓馬達的輸出轉速便迅速下降到零，而輸出轉矩T則限制在一定范圍，起到過載保護作用。

如果以帶有壓力反饋的恒功率變量泵取代外控式變量泵后，就會使流量隨壓力變化而自動變化（保持近擬雙曲線的規律變化），使泵輸出功率近似不變，這樣的系統可按外載荷變化實現自動調速，可使系統經常處于最佳工況運轉，充分利用汽油機/柴油機等動力機的功率。

泵控式液壓調速系統只在泵、馬達和管道中存在少量功率損失，沒有節流損失，因此傳動效率可高達0.8~0.9，變速比R=4~100。

3.交流異步電機調速

3.1從異步電動的轉速關系式n=n1(1-s)=60(f1/P)(1-s)中可見，要改變電動機的轉速，從三個方面入手：

a.改變異步電機定子繞組的極對數P，以改變定子旋轉磁場的轉速n1，即所謂變極調速（只能跟電源開關一樣一級級調速，不能均勻調速）。

b.改變電動機所接電源的頻率以改變n1，即所謂變頻調速；

c.改變電機的轉差率S。

電動機功率：

a.三相電動機的額定電流的計算公式：P＝1.732×U×I×cosφ；

b.單相電動機額定電流的計算公式：P＝U×I×cosφ；

c.通用計算公式：P＝1.732×IU×功率因數×效率（三相的）

而電機轉矩是磁通與電樞電流、轉矩系數的乘積，而磁通是與線圈匝數成正比的。因此，電動機調速存著極大的功率損失和電能浪費。

電動機的變頻及轉速將在以后的文章中還要有更加詳細的分析和闡述，關注先鋒管道百家號便于探討和交流。