基于变频调节技术在工程机械节能改造中的应用

摘要：随着科学技术的快速发展，变频调节技术在各类大型机械中得到了广泛应用，并取得了较好的节能效果。工程机械同样属于功耗较大的机械，在工程机械节能改造中应用变频调节技术具有重要作用。本文对变频调节技术的原理进行分析，指出变频调节技术在辅助动力系统、能量回收系统、以及动力系统等方面的具体应用。

关键词：变频调节技术；工程机械；节能改造

能源是我们开展一切工作学习生活等活动的基础，然而能源并非永无止境。节能减排已经成为当今世界必须要解决的问题之一。随着人们对节能环保以及可持续发展理念的认同度越来越高，有越来越多的人投入到节能技术研发以及工程机械节能改造中来。变频调节技术作为一种高效的机械驱动技术正逐渐应用到工程机械节能改造中去。

1 变频调节技术原理分析

变频调节技术所依据的基本原理是电动机的转速与工作电源的输入频率成正比。由此，可以通过对电动机的工作电源频率进行调节以达到对电动机转速进行调节的目的。现阶段的供电形式主要有两种：交交变频器，交直交变频器。[1]交交变频器是一种直接变频器，调频范围受到明显的限制，通常只被应用于低頻系统。交直交变频器在调节的过程中将交流电转化为直流电，在完成直流滤波后再次转变为交流电。在直流电转化为交流电的过程中可以通过调节逆变器的输出电压实现电压与电频的调节。交直交变频器可以有效满足工程机械的施工需要是一种成熟的工程机械变频技术。

2 变频调节技术在工程机械节能改造中的应用

在对工程机械进行节能改造的过程中，可以利用到变频技术的主要机械系统有以下三个方面，即：辅助传动系统、能量回收系统以及动力系统方面。接下来我们对变频技术对这三部分系统节能改造中的应用进行具体分析。

2.1 变频调节技术在辅助传动系统节能改造中的应用

辅助传动系统是工程机械不可或缺的系统部分，辅助传动系统的能否正常运转直接关系到工程机械的性能。变频调节技术应用在辅助传统系统中可以有效实现工程机械的辅助传动系统的节能效果。变频器与异步电动机组合而成的辅助传动系统正逐渐被广大工程人员所接受。由变频器与异步电动机组合而成的辅助传动系统具有结构简单，运转可靠，工作效率高、价格相对较低、没有转向器等特点。

目前，以及出现了以混合动力为主要能源的工程机械、这一类机械可以有效降低对化石能源的过渡消耗，减少废气排放。混合动力的工程机械根据电源的不同可以分为两类：并联混合动力系统、串联混合动力系统。[2]串联动力系统电源用电皆为发动机发电。电动机发出的电能一部分被存储在电池中，另一部分电能通过逆变器被转换为交流电后对实现电动机进行驱动。在电动机运转的过程中通过对手柄的操作实现对逆变器电压与电频的调整，从而实现对辅助传动系统进行调节的目的。并联混合动力系统中，发动机产生的电量一部分被用来驱动机械的传动装置。另一部分则为工程机械的各部位用电提供电能。还有一部分电流通过电路后被储存在电池中。三者为并联关系。在施工过程中，通过调节操作手柄实现对蓄电池的调节。该结构可以有效保证发动机尽可能处于燃油经济区，达到降低油耗的目的。

2.2 变频调节技术在能量回收系统能改造中的应用

能量回收系统是工程机械实现节能的主要形式。目前，工程机械能量回收系统有两种，一种是安装蓄能器，将工程机械制动时产生的能量转化为电能存储起来。另一种模式为利用变频调节技术与蓄电池将工程机械的电能转化为电能加以储藏。利用蓄能器收集能力可以在电能不足时快速充满电能，从而实现节能的目的，缺点在于能量释放过程不容易被控制。变频调节技术的应用可以在机械不操作的情况下，将发动机转化为发电机从而将能量转化为电能加以储藏，在车辆使用的过程中电能转化为机械能。与安装蓄能器相比，该方法收集能量效率更高。此外，还可以有效降低发动机的最大功率，使车辆可以长期处于高效运转区间，提高资源的利用率，实现节能的目的。

2.3 变频调节技术在动力系统改造中的应用

一般来说，工程机械运转时的情况相对比较复杂，使用过程中的荷载波动相对较大。为了确保工程机械的正常运转，一般会将工程机械设计为在最大荷载情况下依然可以正常运转的。然而增大机械排量，提高输出功率的同时也会使机械的整体功率输出超过正常所需，导致能源的浪费。[3]将变频调节技术应用到发动机动力系统中可以有效改善工程机械功率不足的问题。通过发动机的应用提高工程机械在短时间内的动力输出，从而满足工程机械在极限条件下的动力需求。由此，工程机械的发动机的排量便不需要太大。变频调节技术应用到动力系统改造后，需要发动机与电动机同时工作才能确保机械的正常运转。在正常情况下，排量较小的发动机功率已经可以满足施工需要，并且将一部分机械能转化为电能，在遇到少见的极端情况时，发动机释放电能完全可以满足工程需要。

3 结语

变频调节技术通过电动机可以产生与发动机相同的启动扭矩，发挥与发动机同样的驱动功能。与此同时，电动机比发动机拥有更强的环保特性。电动机被应用在工程机械中是大势所趋。变频调节技术正是针对电动机进行有效调节的一种技术，可以有效实现辅助动力系统、能量回收系统、以及动力系统的节能改造，从而降低工程机械能耗，实现环保的目的。

参考文献：

[1]陈先永.基于变频调节技术在煤矿机械节能改造中的应用[J].中国新技术新产品，2016（24）：3132.

[2]陶剑.变频调速技术在电动机节能改造工程中的应用研究[J].现代职业教育，2015（11）：1415.

[3]姚泽光，郭英训.变频技术在工程机械中的应用[J].建设机械技术与管理，2013（2）：118120.

作者简介：刘昕（1981），湖南冷水江人，助理实验师，机电一体化，研究方向为机械工程。