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(jī)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(jī)械同樣屬于功耗較大的機(jī)械，在工程機(jī)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(duì)變頻調(diào)節(jié)技術(shù)的原理進(jìn)行分析，指出變頻調(diào)節(jié)技術(shù)在輔助動(dòng)力系統(tǒng)、能量回收系統(tǒng)、以及動(dòng)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(jī)械；節(jié)能改造

能源是我們開(kāi)展一切工作學(xué)習(xí)生活等活動(dòng)的基礎(chǔ)，然而能源并非永無(wú)止境。節(jié)能減排已經(jīng)成為當(dāng)今世界必須要解決的問(wèn)題之一。隨著人們對(duì)節(jié)能環(huán)保以及可持續(xù)發(fā)展理念的認(rèn)同度越來(lái)越高，有越來(lái)越多的人投入到節(jié)能技術(shù)研發(fā)以及工程機(jī)械節(jié)能改造中來(lái)。變頻調(diào)節(jié)技術(shù)作為一種高效的機(jī)械驅(qū)動(dòng)技術(shù)正逐漸應(yīng)用到工程機(jī)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(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速與工作電源的輸入頻率成正比。由此，可以通過(guò)對(duì)電動(dòng)機(jī)的工作電源頻率進(jìn)行調(diào)節(jié)以達(dá)到對(duì)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)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(guò)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(guò)程中可以通過(guò)調(diào)節(jié)逆變器的輸出電壓實(shí)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(jī)械的施工需要是一種成熟的工程機(jī)械變頻技術(shù)。

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

在對(duì)工程機(jī)械進(jìn)行節(jié)能改造的過(guò)程中，可以利用到變頻技術(shù)的主要機(jī)械系統(tǒng)有以下三個(gè)方面，即：輔助傳動(dòng)系統(tǒng)、能量回收系統(tǒng)以及動(dòng)力系統(tǒng)方面。接下來(lái)我們對(duì)變頻技術(shù)對(duì)這三部分系統(tǒng)節(jié)能改造中的應(yīng)用進(jìn)行具體分析。

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

輔助傳動(dòng)系統(tǒng)是工程機(jī)械不可或缺的系統(tǒng)部分，輔助傳動(dòng)系統(tǒng)的能否正常運(yùn)轉(zhuǎn)直接關(guān)系到工程機(jī)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(shí)現(xiàn)工程機(jī)械的輔助傳動(dòng)系統(tǒng)的節(jié)能效果。變頻器與異步電動(dòng)機(jī)組合而成的輔助傳動(dòng)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(dòng)機(jī)組合而成的輔助傳動(dòng)系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，運(yùn)轉(zhuǎn)可靠，工作效率高、價(jià)格相對(duì)較低、沒(méi)有轉(zhuǎn)向器等特點(diǎn)。

目前，以及出現(xiàn)了以混合動(dòng)力為主要能源的工程機(jī)械、這一類機(jī)械可以有效降低對(duì)化石能源的過(guò)渡消耗，減少?gòu)U氣排放?；旌蟿?dòng)力的工程機(jī)械根據(jù)電源的不同可以分為兩類：并聯(lián)混合動(dòng)力系統(tǒng)、串聯(lián)混合動(dòng)力系統(tǒng)。[2]串聯(lián)動(dòng)力系統(tǒng)電源用電皆為發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)電。電動(dòng)機(jī)發(fā)出的電能一部分被存儲(chǔ)在電池中，另一部分電能通過(guò)逆變器被轉(zhuǎn)換為交流電后對(duì)實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。在電動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的過(guò)程中通過(guò)對(duì)手柄的操作實(shí)現(xiàn)對(duì)逆變器電壓與電頻的調(diào)整，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)輔助傳動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)節(jié)的目的。并聯(lián)混合動(dòng)力系統(tǒng)中，發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的電量一部分被用來(lái)驅(qū)動(dòng)機(jī)械的傳動(dòng)裝置。另一部分則為工程機(jī)械的各部位用電提供電能。還有一部分電流通過(guò)電路后被儲(chǔ)存在電池中。三者為并聯(lián)關(guān)系。在施工過(guò)程中，通過(guò)調(diào)節(jié)操作手柄實(shí)現(xiàn)對(duì)蓄電池的調(diào)節(jié)。該結(jié)構(gòu)可以有效保證發(fā)動(dòng)機(jī)盡可能處于燃油經(jīng)濟(jì)區(qū)，達(dá)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(jī)械實(shí)現(xiàn)節(jié)能的主要形式。目前，工程機(jī)械能量回收系統(tǒng)有兩種，一種是安裝蓄能器，將工程機(jī)械制動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的能量轉(zhuǎn)化為電能存儲(chǔ)起來(lái)。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(jī)械的電能轉(zhuǎn)化為電能加以儲(chǔ)藏。利用蓄能器收集能力可以在電能不足時(shí)快速充滿電能，從而實(shí)現(xiàn)節(jié)能的目的，缺點(diǎn)在于能量釋放過(guò)程不容易被控制。變頻調(diào)節(jié)技術(shù)的應(yīng)用可以在機(jī)械不操作的情況下，將發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)化為發(fā)電機(jī)從而將能量轉(zhuǎn)化為電能加以儲(chǔ)藏，在車輛使用的過(guò)程中電能轉(zhuǎn)化為機(jī)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(dòng)機(jī)的最大功率，使車輛可以長(zhǎng)期處于高效運(yùn)轉(zhuǎn)區(qū)間，提高資源的利用率，實(shí)現(xiàn)節(jié)能的目的。

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

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

3 結(jié)語(yǔ)

變頻調(diào)節(jié)技術(shù)通過(guò)電動(dòng)機(jī)可以產(chǎn)生與發(fā)動(dòng)機(jī)相同的啟動(dòng)扭矩，發(fā)揮與發(fā)動(dòng)機(jī)同樣的驅(qū)動(dòng)功能。與此同時(shí)，電動(dòng)機(jī)比發(fā)動(dòng)機(jī)擁有更強(qiáng)的環(huán)保特性。電動(dòng)機(jī)被應(yīng)用在工程機(jī)械中是大勢(shì)所趨。變頻調(diào)節(jié)技術(shù)正是針對(duì)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行有效調(diào)節(jié)的一種技術(shù)，可以有效實(shí)現(xiàn)輔助動(dòng)力系統(tǒng)、能量回收系統(tǒng)、以及動(dòng)力系統(tǒng)的節(jié)能改造，從而降低工程機(jī)械能耗，實(shí)現(xiàn)環(huán)保的目的。

參考文獻(xiàn)：

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

作者簡(jiǎn)介：劉昕（1981），湖南冷水江人，助理實(shí)驗(yàn)師，機(jī)電一體化，研究方向?yàn)闄C(jī)械工程。