起重机械能效测试与节能措施分析

摘 要：随着能源的越来越紧张，节能也被提上了议事日程，国家的相关法律法规也对某些领域的设备做出了节能的要求，这其中就包括起重机械在内。本文通过对起重机械进行能将测试，分析研究出可以进行节能的环节与机构，并根据设备的工况以及作业要求，提出了节能改造的方案，最终通过测量证实了节能措施的有效性。

关键词：起重机械；节能；能效测试；措施；变频器；PLC

引言

随着起重机械的广泛应用以及能源的紧缺，起重机械的能耗问题也普遍受到企业和社会各届的关注。起重机械是国民经济发展必不可少的物料搬运设备，随着我国经济的快速发展，起重机械的需求量也不断的攀升。

起重机是以间隙、周期的工作方式，通过起重吊钩或其他类型的吊运装置的起升或起升并移动重物的机械设备[1]。起重机工作过程中，存在频繁启动和制动的情况，对电网冲击非常大，存在着能源学浪费的环节，尤其是起重机械的起升机构。起重机在下降过程存在着势能和电能的相互转换过程，因此，把由热能转换而来的电能进行回收，并通过起重机的馈电装置回馈到电网或是供周围其它设备使用，从而可节省一部分能源，因此目前国内外都在研究再生能量的回收及利用技术，以此达到更加环保和节能的目的。

1.起重机械节能措施分析

我国起重机的设计观念相当国际先进水平而言，存在着观念陈旧、技术落后等缺陷，这导致我国设计的起重机械金属结构体积庞大、驱动功率大、能耗非常严重，因此，起重机的节能和测试评价势在必行[2]。起重机械的节能应从两个方面考虑，即结构设计与电气控制两个方面，本文只对电气节能方面进行深入的探讨。

1.1变频调速节能的基本原理

变频调速的基本原理

利用PLC-变频器进行起重机械的节能设计，是基于变频调速技术而实现的，变频调速的基本原理基于以下公式[3]：

由上式可知，如果改变输入电机的电源频率f、S、P则可相应改变电机的输出转速。对于异步电动机来讲，最好的调速方法是改变频率f。

根据电动机拖动知识可知，三相异步电动机每相电动势的有效值是与下式有关：

在电动机调速时，一个重要的因素时希望保持每极磁通量Φ_m为额定值不变，磁通太弱，没有充分利用电机的磁心，是一种浪费；若要增大磁通，又会使磁通饱和，从而导致过大的励磁电流，严重时会因为绕组过热而损坏电机。只要控制好E_1和f，便可以控制磁通Φ_m不变。

1.2起重机械变频调速的设计方案

传统起重机械的控制系统是通过继电器来实现的，存在着很大的弊端，把传统的继电器控制改为PLC控制，起升机构调速采用矢量变频调速，运行机构采用V/f控制方式即可满足控制要求。由于各机构的工作特点不同，控制精度要求不同，稳度要求等也各不相同，因此所选用的变频器和控制方式也不同。基于PLC-变频节能调速的设计方案如图1所示：

图1基于 PLC-变频器节能控制的方案

2.起重机械的能效测试

本课题以通用桥式起重机械为例，建立了变频桥式起重机机构系统的能耗模型，分析了通用桥式起重机节能评价指标，确立了节能定性评价指标和定量评价指标。

通常要完成起重机械在各项能效测试中如电压、电流、功率、效率等的参数测试，一般可采用电流表、电压表及功率表等电工仪表来完成电量测试，也可采用简单实用的工控机板卡实现[4] 。

在起重机械的能将测试中，可将吊具吊起载荷从初始状态正常操作加速至额定起升速度运行到规定高度作为一个测试周期，规定高度为起升机构以额定速度运行1min的高度。由于随机误差和系统误差的存在，需要重复多次才能提高测量结果的可靠性，得到比较切合实际的结果。其测算流程图如图2所示：

图2 能效测试程序图

通过一定时间的能效测试验证，变频调速运行方式能够极大的节能源，这是因为变频调速在改变电源的频率同时改变了同步转速，也即改变了输出转矩，相当于改变了电动机的容量，使电动机的容量随负载状况的改变而改变，提高了效率和功率因数，从而达到了节能的目的。

3.总结

通过对起重机械总体的分析，从起重机械的金属结构和电气控制两个方面进行入手，分别研究了两者的节能措施，并对这些节能方案进行了测试，经过实际的测试证明，这些方案都是非常有效的，值得推广的。

参考文献：

[1]张应立.桥式起重机安全技术[M].北京：中国石化出版社，2007

[2]李向东.浅谈起重机节能研究[J].北京：起重运输机械，2013.08.20

[3]蔡士齐.讲座（一）通用变频器应用技术指南-通用变频器原理与变频器选用原则[J].深圳：变频器世界，2005.5：6-8

[4]施金良.变频调速数控机床运行过程能量特性及节能技术研究[D].重庆：重庆大学，2009：4-6