起重機械能效測試與節能措施分析

許磊

摘 要：隨著能源的越來越緊張，節能也被提上了議事日程，國家的相關法律法規也對某些領域的設備做出了節能的要求，這其中就包括起重機械在內。本文通過對起重機械進行能將測試，分析研究出可以進行節能的環節與機構，并根據設備的工況以及作業要求，提出了節能改造的方案，最終通過測量證實了節能措施的有效性。

關鍵詞：起重機械；節能；能效測試；措施；變頻器；PLC

引言

隨著起重機械的廣泛應用以及能源的緊缺，起重機械的能耗問題也普遍受到企業和社會各屆的關注。起重機械是國民經濟發展必不可少的物料搬運設備，隨著我國經濟的快速發展，起重機械的需求量也不斷的攀升。

起重機是以間隙、周期的工作方式，通過起重吊鉤或其他類型的吊運裝置的起升或起升并移動重物的機械設備[1]。起重機工作過程中，存在頻繁啟動和制動的情況，對電網沖擊非常大，存在著能源學浪費的環節，尤其是起重機械的起升機構。起重機在下降過程存在著勢能和電能的相互轉換過程，因此，把由熱能轉換而來的電能進行回收，并通過起重機的饋電裝置回饋到電網或是供周圍其它設備使用，從而可節省一部分能源，因此目前國內外都在研究再生能量的回收及利用技術，以此達到更加環保和節能的目的。

1.起重機械節能措施分析

我國起重機的設計觀念相當國際先進水平而言，存在著觀念陳舊、技術落后等缺陷，這導致我國設計的起重機械金屬結構體積龐大、驅動功率大、能耗非常嚴重，因此，起重機的節能和測試評價勢在必行[2]。起重機械的節能應從兩個方面考慮，即結構設計與電氣控制兩個方面，本文只對電氣節能方面進行深入的探討。

1.1變頻調速節能的基本原理

變頻調速的基本原理

利用PLC-變頻器進行起重機械的節能設計，是基于變頻調速技術而實現的，變頻調速的基本原理基于以下公式[3]：

由上式可知，如果改變輸入電機的電源頻率f、S、P則可相應改變電機的輸出轉速。對于異步電動機來講，最好的調速方法是改變頻率f。

根據電動機拖動知識可知，三相異步電動機每相電動勢的有效值是與下式有關：

在電動機調速時，一個重要的因素時希望保持每極磁通量Φ_m為額定值不變，磁通太弱，沒有充分利用電機的磁心，是一種浪費；若要增大磁通，又會使磁通飽和，從而導致過大的勵磁電流，嚴重時會因為繞組過熱而損壞電機。只要控制好E_1和f，便可以控制磁通Φ_m不變。

1.2起重機械變頻調速的設計方案

傳統起重機械的控制系統是通過繼電器來實現的，存在著很大的弊端，把傳統的繼電器控制改為PLC控制，起升機構調速采用矢量變頻調速，運行機構采用V/f控制方式即可滿足控制要求。由于各機構的工作特點不同，控制精度要求不同，穩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-變頻節能調速的設計方案如圖1所示：

圖1基于 PLC-變頻器節能控制的方案

2.起重機械的能效測試

本課題以通用橋式起重機械為例，建立了變頻橋式起重機機構系統的能耗模型，分析了通用橋式起重機節能評價指標，確立了節能定性評價指標和定量評價指標。

通常要完成起重機械在各項能效測試中如電壓、電流、功率、效率等的參數測試，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試，也可采用簡單實用的工控機板卡實現[4] 。

在起重機械的能將測試中，可將吊具吊起載荷從初始狀態正常操作加速至額定起升速度運行到規定高度作為一個測試周期，規定高度為起升機構以額定速度運行1min的高度。由于隨機誤差和系統誤差的存在，需要重復多次才能提高測量結果的可靠性，得到比較切合實際的結果。其測算流程圖如圖2所示：

圖2 能效測試程序圖

通過一定時間的能效測試驗證，變頻調速運行方式能夠極大的節能源，這是因為變頻調速在改變電源的頻率同時改變了同步轉速，也即改變了輸出轉矩，相當于改變了電動機的容量，使電動機的容量隨負載狀況的改變而改變，提高了效率和功率因數，從而達到了節能的目的。

3.總結

通過對起重機械總體的分析，從起重機械的金屬結構和電氣控制兩個方面進行入手，分別研究了兩者的節能措施，并對這些節能方案進行了測試，經過實際的測試證明，這些方案都是非常有效的，值得推廣的。

參考文獻：

[1]張應立.橋式起重機安全技術[M].北京：中國石化出版社，2007

[2]李向東.淺談起重機節能研究[J].北京：起重運輸機械，2013.08.20

[3]蔡士齊.講座（一）通用變頻器應用技術指南-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.變頻調速數控機床運行過程能量特性及節能技術研究[D].重慶：重慶大學，2009：4-6