起重機械節能應用技術的探討（3）

電動機驅動技術的發展與起重機勢能的利用
毋庸置疑，起重機械的用途決定了它在工作期間存在著大量的勢能和電能的相互轉換過程。直至20世紀90年代中期，國內起重機驅動技術仍主要是有級調速技術。該技術采用滑環式交流電動機，通過改變串接在電動機轉子回路中的外接電阻，以改變電動機的力矩特性，從而達到電動機啟動和調速的目的，這種技術的性能較差。當時的無級調速技術主要使用直流電動機，通過可控硅調整電動機電樞的電壓實現無級調速。后來又出現了交流滑環電動機的無級調速技術，它是一種將電動機電樞調壓和改變電動機力矩特性相結合的方法。不管是直流電動機還是交流電動機調速裝置，均可以四象限運行，電流可雙向流動，即從電源到電動機，從電動機到電源，因而，勢能和電能的相互轉換利用不存在問題。但這時的問題主要是功率因數低，電磁諧波較大。由于存在大量的無功電流和諧波電流，在供電裝置側的額外損耗較為嚴重。
20世紀90年代后期，交流變頻器技術的發展日趨成熟。交流變頻調速的對象是鼠籠式異步電動機，其成本低、維護便利、調速性能優越。同時，變頻器自身可提供無功電流，具有很高的功率因數，對電網的沖擊很小，所以大量的起重機械采用了交流變頻調速技術。
使用交流變頻調速技術限制了勢能到電能的轉換利用。這是由當時變頻技術自身的特點所決定的：變頻器采用二極管整流，整流源輸出的直流電經電容濾波后再經過三相IGBT橋路逆變為三相頻率可變的交流電供往電動機，當電動機工作在發電狀態時，由勢能轉換成的電能只能回饋到直流側的電容，而不能通過二極管整流電路回饋到電網，因此，剩余的電能只能通過直流側的直流斬波器流向外接電阻，轉變成熱能而消耗掉，以免電容充電過多，造成電壓過高而損壞設備。進入21世紀以后，國外的許多電氣公司在直流電再次逆變回饋到電網的技術方面有了進一步發展，并開始在國內應用。但是在我國進行這些技術推廣的國外公司都是原來在中國進行變頻器產品推廣的公司，他們將電能回饋裝置集成在自已公司生產的變頻器整流源內部，即：將直流整流和直流回饋電網的2個功能集成在一起，用同一套IGBT裝置完成電流的雙向流動。這種產品技術先進、性能優良，但其較高的售價限制了該產品和技術的推廣應用。
經過十幾年交流變頻技術的推廣，國內已有眾多的起重機采用變頻驅動技術，從而使大量的勢能被轉換為熱能而浪費掉。如果能將這些勢能變成電能并回收進供電電網，對國家經濟的貢獻是不可估量的。據保守估算，質量為430t的重物每下降11TI，即可向電網回饋電能1kW·h。若以上海港集裝箱碼頭的貨柜處理量估算，1臺集裝箱場地起重機1年的勢能回收發電量可達6萬kW·h以上；若以1臺應用于火力發電廠的生產能力為1000Wh的抓斗卸船機為例，僅考慮空抓斗下降的勢能，按照每年工作2200h計算，每年可向電網提供的電能也在6萬kW·h以上。
顯而易見，起重機工作過程中的勢能是一種對環境無任何污染的綠色能源，回收由勢能轉換的電能對未來社會經濟的發展有重要意義。但如前所述，目前國外公司提供的IGBT能量回饋變頻系統價格不菲，在很多工程項目中，最終用戶均會考慮一次性投資過大問題。因此，大力推廣起重機節能技術，除了技術本身的障之外，還必須克服過高的投資成本問題.