基于變頻調節技術在工程機械節能改造中的應用

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

關鍵詞：變頻調節技術；工程機械；節能改造

能源是我們開展一切工作學習生活等活動的基礎，然而能源并非永無止境。節能減排已經成為當今世界必須要解決的問題之一。隨著人們對節能環保以及可持續發展理念的認同度越來越高，有越來越多的人投入到節能技術研發以及工程機械節能改造中來。變頻調節技術作為一種高效的機械驅動技術正逐漸應用到工程機械節能改造中去。

1 變頻調節技術原理分析

變頻調節技術所依據的基本原理是電動機的轉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節以達到對電動機轉速進行調節的目的?，F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，調頻范圍受到明顯的限制，通常只被應用于低頻系統。交直交變頻器在調節的過程中將交流電轉化為直流電，在完成直流濾波后再次轉變為交流電。在直流電轉化為交流電的過程中可以通過調節逆變器的輸出電壓實現電壓與電頻的調節。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。

2 變頻調節技術在工程機械節能改造中的應用

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

2.1 變頻調節技術在輔助傳動系統節能改造中的應用

輔助傳動系統是工程機械不可或缺的系統部分，輔助傳動系統的能否正常運轉直接關系到工程機械的性能。變頻調節技術應用在輔助傳統系統中可以有效實現工程機械的輔助傳動系統的節能效果。變頻器與異步電動機組合而成的輔助傳動系統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具有結構簡單，運轉可靠，工作效率高、價格相對較低、沒有轉向器等特點。

目前，以及出現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?；旌蟿恿Φ墓こ虣C械根據電源的不同可以分為兩類：并聯混合動力系統、串聯混合動力系統。[2]串聯動力系統電源用電皆為發動機發電。電動機發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換為交流電后對實現電動機進行驅動。在電動機運轉的過程中通過對手柄的操作實現對逆變器電壓與電頻的調整，從而實現對輔助傳動系統進行調節的目的。并聯混合動力系統中，發動機產生的電量一部分被用來驅動機械的傳動裝置。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。三者為并聯關系。在施工過程中，通過調節操作手柄實現對蓄電池的調節。該結構可以有效保證發動機盡可能處于燃油經濟區，達到降低油耗的目的。

2.2 變頻調節技術在能量回收系統能改造中的應用

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

2.3 變頻調節技術在動力系統改造中的應用

一般來說，工程機械運轉時的情況相對比較復雜，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，一般會將工程機械設計為在最大荷載情況下依然可以正常運轉的。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，導致能源的浪費。[3]將變頻調節技術應用到發動機動力系統中可以有效改善工程機械功率不足的問題。通過發動機的應用提高工程機械在短時間內的動力輸出，從而滿足工程機械在極限條件下的動力需求。由此，工程機械的發動機的排量便不需要太大。變頻調節技術應用到動力系統改造后，需要發動機與電動機同時工作才能確保機械的正常運轉。在正常情況下，排量較小的發動機功率已經可以滿足施工需要，并且將一部分機械能轉化為電能，在遇到少見的極端情況時，發動機釋放電能完全可以滿足工程需要。

3 結語

變頻調節技術通過電動機可以產生與發動機相同的啟動扭矩，發揮與發動機同樣的驅動功能。與此同時，電動機比發動機擁有更強的環保特性。電動機被應用在工程機械中是大勢所趨。變頻調節技術正是針對電動機進行有效調節的一種技術，可以有效實現輔助動力系統、能量回收系統、以及動力系統的節能改造，從而降低工程機械能耗，實現環保的目的。

參考文獻：

[1]陳先永.基于變頻調節技術在煤礦機械節能改造中的應用[J].中國新技術新產品，2016（24）：3132.

[2]陶劍.變頻調速技術在電動機節能改造工程中的應用研究[J].現代職業教育，2015（11）：1415.

[3]姚澤光，郭英訓.變頻技術在工程機械中的應用[J].建設機械技術與管理，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。