电动机驱动技术的发展与起重机势能的利用

       起重机械的用途决定了它在工作期间存在着大量的势能和电能的相互转换过程。直至20世纪90年代中期，国内起重机驱动技术仍主要是有级调速技术。该技术采用滑环式交流电动机，通过改变串接在电动机转子回路中的外接电阻，以改变电动机的力矩特性，从而达到电动机启动和调速的目的，这种技术的性能较差。当时的无级调速技术主要使用直流电动机，通过可控硅调整电动机电枢的电压实现无级调速。后来又出现了交流滑环电动机的无级调速技术，它是一种将电动机电枢调压和改变电动机力矩特性相结合的方法。不管是直流电动机还是交流电动机调速装置，均可以四象限运行，电流可双向流动，即从电源到电动机，从电动机到电源，因而，势能和电能的相互转换利用不存在问题。但这时的问题主要是功率因数低，电磁谐波较大。由于存在大量的无功电流和谐波电流，在供电装置侧的额外损耗较为严重。

       20世纪90年代后期，交流变频器技术的发展日趋成熟。交流变频调速的对象是鼠笼式异步电动机，其成本低、维护便利、调速性能优越。同时，变频器自身可提供无功电流，具有很高的功率因数，对电网的冲击很小，所以大量的起重机械采用了交流变频调速技术。

       使用交流变频调速技术限制了势能到电能的转换利用。这是由当时变频技术自身的特点所决定的：变频器采用二极管整流，整流源输出的直流电经电容滤波后再经过三相IGBT桥路逆变为三相频率可变的交流电供往电动机，当电动机工作在发电状态时，由势能转换成的电能只能回馈到直流侧的电容，而不能通过二极管整流电路回馈到电网，因此，剩余的电能只能通过直流侧的直流斩波器流向外接电阻，转变成热能而消耗掉，以免电容充电过多，造成电压过高而损坏设备。进入21世纪以后，国外的许多电气公司在直流电再次逆变回馈到电网的技术方面有了进一步发展，并开始在国内应用。但是在我国进行这些技术推广的国外公司都是原来在中国进行变频器产品推广的公司，他们将电能回馈装置集成在自已公司生产的变频器整流源内部，即：将直流整流和直流回馈电网的2个功能集成在一起，用同一套IGBT装置完成电流的双向流动。这种产品技术先进、性能优良，但其较高的售价限制了该产品和技术的推广应用。

       经过十几年交流变频技术的推广，国内已有众多的起重机采用变频驱动技术，从而使大量的势能被转换为热能而浪费掉。如果能将这些势能变成电能并回收进供电电网，对国家经济的贡献是不可估量的。据保守估算，质量为430t的重物每下降11TI，即可向电网回馈电能1kW·h。若以上海港集装箱码头的货柜处理量估算，1台集装箱场地起重机1年的势能回收发电量可达6万kW·h以上；若以1台应用于火力发电厂的生产能力为1000Wh的抓斗卸船机为例，仅考虑空抓斗下降的势能，按照每年工作2200h计算，每年可向电网提供的电能也在6万kW·h以上。

       显而易见，起重机工作过程中的势能是一种对环境无任何污染的绿色能源，回收由势能转换的电能对未来社会经济的发展有重要意义。但如前所述，目前国外公司提供的IGBT能量回馈变频系统价格不菲，在很多工程项目中，最终用户均会考虑一次性投资过大问题。因此，大力推广起重机节能技术，除了技术本身的障之外，还必须克服过高的投资成本问题.