基于變頻調(diào)節(jié)技術(shù)在工程機械節(jié)能改造中的應(yīng)用

摘要：隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，變頻調(diào)節(jié)技術(shù)在各類大型機械中得到了廣泛應(yīng)用，并取得了較好的節(jié)能效果。工程機械同樣屬于功耗較大的機械，在工程機械節(jié)能改造中應(yīng)用變頻調(diào)節(jié)技術(shù)具有重要作用。本文對變頻調(diào)節(jié)技術(shù)的原理進行分析，指出變頻調(diào)節(jié)技術(shù)在輔助動力系統(tǒng)、能量回收系統(tǒng)、以及動力系統(tǒng)等方面的具體應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：變頻調(diào)節(jié)技術(shù)；工程機械；節(jié)能改造

能源是我們開展一切工作學(xué)習(xí)生活等活動的基礎(chǔ)，然而能源并非永無止境。節(jié)能減排已經(jīng)成為當(dāng)今世界必須要解決的問題之一。隨著人們對節(jié)能環(huán)保以及可持續(xù)發(fā)展理念的認(rèn)同度越來越高，有越來越多的人投入到節(jié)能技術(shù)研發(fā)以及工程機械節(jié)能改造中來。變頻調(diào)節(jié)技術(shù)作為一種高效的機械驅(qū)動技術(shù)正逐漸應(yīng)用到工程機械節(jié)能改造中去。

1 變頻調(diào)節(jié)技術(shù)原理分析

變頻調(diào)節(jié)技術(shù)所依據(jù)的基本原理是電動機的轉(zhuǎn)速與工作電源的輸入頻率成正比。由此，可以通過對電動機的工作電源頻率進行調(diào)節(jié)以達到對電動機轉(zhuǎn)速進行調(diào)節(jié)的目的?，F(xiàn)階段的供電形式主要有兩種：交交變頻器，交直交變頻器。[1]交交變頻器是一種直接變頻器，調(diào)頻范圍受到明顯的限制，通常只被應(yīng)用于低頻系統(tǒng)。交直交變頻器在調(diào)節(jié)的過程中將交流電轉(zhuǎn)化為直流電，在完成直流濾波后再次轉(zhuǎn)變?yōu)榻涣麟?。在直流電轉(zhuǎn)化為交流電的過程中可以通過調(diào)節(jié)逆變器的輸出電壓實現(xiàn)電壓與電頻的調(diào)節(jié)。交直交變頻器可以有效滿足工程機械的施工需要是一種成熟的工程機械變頻技術(shù)。

2 變頻調(diào)節(jié)技術(shù)在工程機械節(jié)能改造中的應(yīng)用

在對工程機械進行節(jié)能改造的過程中，可以利用到變頻技術(shù)的主要機械系統(tǒng)有以下三個方面，即：輔助傳動系統(tǒng)、能量回收系統(tǒng)以及動力系統(tǒng)方面。接下來我們對變頻技術(shù)對這三部分系統(tǒng)節(jié)能改造中的應(yīng)用進行具體分析。

2.1 變頻調(diào)節(jié)技術(shù)在輔助傳動系統(tǒng)節(jié)能改造中的應(yīng)用

輔助傳動系統(tǒng)是工程機械不可或缺的系統(tǒng)部分，輔助傳動系統(tǒng)的能否正常運轉(zhuǎn)直接關(guān)系到工程機械的性能。變頻調(diào)節(jié)技術(shù)應(yīng)用在輔助傳統(tǒng)系統(tǒng)中可以有效實現(xiàn)工程機械的輔助傳動系統(tǒng)的節(jié)能效果。變頻器與異步電動機組合而成的輔助傳動系統(tǒng)正逐漸被廣大工程人員所接受。由變頻器與異步電動機組合而成的輔助傳動系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡單，運轉(zhuǎn)可靠，工作效率高、價格相對較低、沒有轉(zhuǎn)向器等特點。

目前，以及出現(xiàn)了以混合動力為主要能源的工程機械、這一類機械可以有效降低對化石能源的過渡消耗，減少廢氣排放。混合動力的工程機械根據(jù)電源的不同可以分為兩類：并聯(lián)混合動力系統(tǒng)、串聯(lián)混合動力系統(tǒng)。[2]串聯(lián)動力系統(tǒng)電源用電皆為發(fā)動機發(fā)電。電動機發(fā)出的電能一部分被存儲在電池中，另一部分電能通過逆變器被轉(zhuǎn)換為交流電后對實現(xiàn)電動機進行驅(qū)動。在電動機運轉(zhuǎn)的過程中通過對手柄的操作實現(xiàn)對逆變器電壓與電頻的調(diào)整，從而實現(xiàn)對輔助傳動系統(tǒng)進行調(diào)節(jié)的目的。并聯(lián)混合動力系統(tǒng)中，發(fā)動機產(chǎn)生的電量一部分被用來驅(qū)動機械的傳動裝置。另一部分則為工程機械的各部位用電提供電能。還有一部分電流通過電路后被儲存在電池中。三者為并聯(lián)關(guān)系。在施工過程中，通過調(diào)節(jié)操作手柄實現(xiàn)對蓄電池的調(diào)節(jié)。該結(jié)構(gòu)可以有效保證發(fā)動機盡可能處于燃油經(jīng)濟區(qū)，達到降低油耗的目的。

2.2 變頻調(diào)節(jié)技術(shù)在能量回收系統(tǒng)能改造中的應(yīng)用

能量回收系統(tǒng)是工程機械實現(xiàn)節(jié)能的主要形式。目前，工程機械能量回收系統(tǒng)有兩種，一種是安裝蓄能器，將工程機械制動時產(chǎn)生的能量轉(zhuǎn)化為電能存儲起來。另一種模式為利用變頻調(diào)節(jié)技術(shù)與蓄電池將工程機械的電能轉(zhuǎn)化為電能加以儲藏。利用蓄能器收集能力可以在電能不足時快速充滿電能，從而實現(xiàn)節(jié)能的目的，缺點在于能量釋放過程不容易被控制。變頻調(diào)節(jié)技術(shù)的應(yīng)用可以在機械不操作的情況下，將發(fā)動機轉(zhuǎn)化為發(fā)電機從而將能量轉(zhuǎn)化為電能加以儲藏，在車輛使用的過程中電能轉(zhuǎn)化為機械能。與安裝蓄能器相比，該方法收集能量效率更高。此外，還可以有效降低發(fā)動機的最大功率，使車輛可以長期處于高效運轉(zhuǎn)區(qū)間，提高資源的利用率，實現(xiàn)節(jié)能的目的。

2.3 變頻調(diào)節(jié)技術(shù)在動力系統(tǒng)改造中的應(yīng)用

一般來說，工程機械運轉(zhuǎn)時的情況相對比較復(fù)雜，使用過程中的荷載波動相對較大。為了確保工程機械的正常運轉(zhuǎn)，一般會將工程機械設(shè)計為在最大荷載情況下依然可以正常運轉(zhuǎn)的。然而增大機械排量，提高輸出功率的同時也會使機械的整體功率輸出超過正常所需，導(dǎo)致能源的浪費。[3]將變頻調(diào)節(jié)技術(shù)應(yīng)用到發(fā)動機動力系統(tǒng)中可以有效改善工程機械功率不足的問題。通過發(fā)動機的應(yīng)用提高工程機械在短時間內(nèi)的動力輸出，從而滿足工程機械在極限條件下的動力需求。由此，工程機械的發(fā)動機的排量便不需要太大。變頻調(diào)節(jié)技術(shù)應(yīng)用到動力系統(tǒng)改造后，需要發(fā)動機與電動機同時工作才能確保機械的正常運轉(zhuǎn)。在正常情況下，排量較小的發(fā)動機功率已經(jīng)可以滿足施工需要，并且將一部分機械能轉(zhuǎn)化為電能，在遇到少見的極端情況時，發(fā)動機釋放電能完全可以滿足工程需要。

3 結(jié)語

變頻調(diào)節(jié)技術(shù)通過電動機可以產(chǎn)生與發(fā)動機相同的啟動扭矩，發(fā)揮與發(fā)動機同樣的驅(qū)動功能。與此同時，電動機比發(fā)動機擁有更強的環(huán)保特性。電動機被應(yīng)用在工程機械中是大勢所趨。變頻調(diào)節(jié)技術(shù)正是針對電動機進行有效調(diào)節(jié)的一種技術(shù)，可以有效實現(xiàn)輔助動力系統(tǒng)、能量回收系統(tǒng)、以及動力系統(tǒng)的節(jié)能改造，從而降低工程機械能耗，實現(xiàn)環(huán)保的目的。

參考文獻：

[1]陳先永.基于變頻調(diào)節(jié)技術(shù)在煤礦機械節(jié)能改造中的應(yīng)用[J].中國新技術(shù)新產(chǎn)品，2016（24）：3132.

[2]陶劍.變頻調(diào)速技術(shù)在電動機節(jié)能改造工程中的應(yīng)用研究[J].現(xiàn)代職業(yè)教育，2015（11）：1415.

[3]姚澤光，郭英訓(xùn).變頻技術(shù)在工程機械中的應(yīng)用[J].建設(shè)機械技術(shù)與管理，2013（2）：118120.

作者簡介：劉昕（1981），湖南冷水江人，助理實驗師，機電一體化，研究方向為機械工程。