起重機(jī)械能效測(cè)試與節(jié)能措施分析

許磊

摘 要：隨著能源的越來越緊張，節(jié)能也被提上了議事日程，國(guó)家的相關(guān)法律法規(guī)也對(duì)某些領(lǐng)域的設(shè)備做出了節(jié)能的要求，這其中就包括起重機(jī)械在內(nèi)。本文通過對(duì)起重機(jī)械進(jìn)行能將測(cè)試，分析研究出可以進(jìn)行節(jié)能的環(huán)節(jié)與機(jī)構(gòu)，并根據(jù)設(shè)備的工況以及作業(yè)要求，提出了節(jié)能改造的方案，最終通過測(cè)量證實(shí)了節(jié)能措施的有效性。

關(guān)鍵詞：起重機(jī)械；節(jié)能；能效測(cè)試；措施；變頻器；PLC

引言

隨著起重機(jī)械的廣泛應(yīng)用以及能源的緊缺，起重機(jī)械的能耗問題也普遍受到企業(yè)和社會(huì)各屆的關(guān)注。起重機(jī)械是國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展必不可少的物料搬運(yùn)設(shè)備，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，起重機(jī)械的需求量也不斷的攀升。

起重機(jī)是以間隙、周期的工作方式，通過起重吊鉤或其他類型的吊運(yùn)裝置的起升或起升并移動(dòng)重物的機(jī)械設(shè)備[1]。起重機(jī)工作過程中，存在頻繁啟動(dòng)和制動(dòng)的情況，對(duì)電網(wǎng)沖擊非常大，存在著能源學(xué)浪費(fèi)的環(huán)節(jié)，尤其是起重機(jī)械的起升機(jī)構(gòu)。起重機(jī)在下降過程存在著勢(shì)能和電能的相互轉(zhuǎn)換過程，因此，把由熱能轉(zhuǎn)換而來的電能進(jìn)行回收，并通過起重機(jī)的饋電裝置回饋到電網(wǎng)或是供周圍其它設(shè)備使用，從而可節(jié)省一部分能源，因此目前國(guó)內(nèi)外都在研究再生能量的回收及利用技術(shù)，以此達(dá)到更加環(huán)保和節(jié)能的目的。

1.起重機(jī)械節(jié)能措施分析

我國(guó)起重機(jī)的設(shè)計(jì)觀念相當(dāng)國(guó)際先進(jìn)水平而言，存在著觀念陳舊、技術(shù)落后等缺陷，這導(dǎo)致我國(guó)設(shè)計(jì)的起重機(jī)械金屬結(jié)構(gòu)體積龐大、驅(qū)動(dòng)功率大、能耗非常嚴(yán)重，因此，起重機(jī)的節(jié)能和測(cè)試評(píng)價(jià)勢(shì)在必行[2]。起重機(jī)械的節(jié)能應(yīng)從兩個(gè)方面考慮，即結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與電氣控制兩個(gè)方面，本文只對(duì)電氣節(jié)能方面進(jìn)行深入的探討。

1.1變頻調(diào)速節(jié)能的基本原理

變頻調(diào)速的基本原理

利用PLC-變頻器進(jìn)行起重機(jī)械的節(jié)能設(shè)計(jì)，是基于變頻調(diào)速技術(shù)而實(shí)現(xiàn)的，變頻調(diào)速的基本原理基于以下公式[3]：

由上式可知，如果改變輸入電機(jī)的電源頻率f、S、P則可相應(yīng)改變電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)速。對(duì)于異步電動(dòng)機(jī)來講，最好的調(diào)速方法是改變頻率f。

根據(jù)電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)知識(shí)可知，三相異步電動(dòng)機(jī)每相電動(dòng)勢(shì)的有效值是與下式有關(guān)：

在電動(dòng)機(jī)調(diào)速時(shí)，一個(gè)重要的因素時(shí)希望保持每極磁通量Φ_m為額定值不變，磁通太弱，沒有充分利用電機(jī)的磁心，是一種浪費(fèi)；若要增大磁通，又會(huì)使磁通飽和，從而導(dǎo)致過大的勵(lì)磁電流，嚴(yán)重時(shí)會(huì)因?yàn)槔@組過熱而損壞電機(jī)。只要控制好E_1和f，便可以控制磁通Φ_m不變。

1.2起重機(jī)械變頻調(diào)速的設(shè)計(jì)方案

傳統(tǒng)起重機(jī)械的控制系統(tǒng)是通過繼電器來實(shí)現(xiàn)的，存在著很大的弊端，把傳統(tǒng)的繼電器控制改為PLC控制，起升機(jī)構(gòu)調(diào)速采用矢量變頻調(diào)速，運(yùn)行機(jī)構(gòu)采用V/f控制方式即可滿足控制要求。由于各機(jī)構(gòu)的工作特點(diǎn)不同，控制精度要求不同，穩(wěn)度要求等也各不相同，因此所選用的變頻器和控制方式也不同?；赑LC-變頻節(jié)能調(diào)速的設(shè)計(jì)方案如圖1所示：

圖1基于 PLC-變頻器節(jié)能控制的方案

2.起重機(jī)械的能效測(cè)試

本課題以通用橋式起重機(jī)械為例，建立了變頻橋式起重機(jī)機(jī)構(gòu)系統(tǒng)的能耗模型，分析了通用橋式起重機(jī)節(jié)能評(píng)價(jià)指標(biāo)，確立了節(jié)能定性評(píng)價(jià)指標(biāo)和定量評(píng)價(jià)指標(biāo)。

通常要完成起重機(jī)械在各項(xiàng)能效測(cè)試中如電壓、電流、功率、效率等的參數(shù)測(cè)試，一般可采用電流表、電壓表及功率表等電工儀表來完成電量測(cè)試，也可采用簡(jiǎn)單實(shí)用的工控機(jī)板卡實(shí)現(xiàn)[4] 。

在起重機(jī)械的能將測(cè)試中，可將吊具吊起載荷從初始狀態(tài)正常操作加速至額定起升速度運(yùn)行到規(guī)定高度作為一個(gè)測(cè)試周期，規(guī)定高度為起升機(jī)構(gòu)以額定速度運(yùn)行1min的高度。由于隨機(jī)誤差和系統(tǒng)誤差的存在，需要重復(fù)多次才能提高測(cè)量結(jié)果的可靠性，得到比較切合實(shí)際的結(jié)果。其測(cè)算流程圖如圖2所示：

圖2 能效測(cè)試程序圖

通過一定時(shí)間的能效測(cè)試驗(yàn)證，變頻調(diào)速運(yùn)行方式能夠極大的節(jié)能源，這是因?yàn)樽冾l調(diào)速在改變電源的頻率同時(shí)改變了同步轉(zhuǎn)速，也即改變了輸出轉(zhuǎn)矩，相當(dāng)于改變了電動(dòng)機(jī)的容量，使電動(dòng)機(jī)的容量隨負(fù)載狀況的改變而改變，提高了效率和功率因數(shù)，從而達(dá)到了節(jié)能的目的。

3.總結(jié)

通過對(duì)起重機(jī)械總體的分析，從起重機(jī)械的金屬結(jié)構(gòu)和電氣控制兩個(gè)方面進(jìn)行入手，分別研究了兩者的節(jié)能措施，并對(duì)這些節(jié)能方案進(jìn)行了測(cè)試，經(jīng)過實(shí)際的測(cè)試證明，這些方案都是非常有效的，值得推廣的。

參考文獻(xiàn)：

[1]張應(yīng)立.橋式起重機(jī)安全技術(shù)[M].北京：中國(guó)石化出版社，2007

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[3]蔡士齊.講座（一）通用變頻器應(yīng)用技術(shù)指南-通用變頻器原理與變頻器選用原則[J].深圳：變頻器世界，2005.5：6-8

[4]施金良.變頻調(diào)速數(shù)控機(jī)床運(yùn)行過程能量特性及節(jié)能技術(shù)研究[D].重慶：重慶大學(xué)，2009：4-6