“回饋型”節能電梯的工作原理淺析

寧　東

摘要:由目前的主要電力能源大多數都是不可再生能源,深入開展節能工作,不僅是緩解能源約束矛盾、保障國家經濟安全的重要措施,而且也是提高經濟增長質量和效益的重要途徑。

關鍵詞:節能 能量回饋 變頻調速

中圖分類號:TEO文獻標識碼:A文章編號:1006-8937(2009)03-0115-01

城市里的電梯現在越來越多,在對酒店,寫字樓等的用電情況調查中,電梯的用電量僅次于空調用電量,遠高于照明,供水等的用電量。有關統計數據表明,電動機拖動負載消耗的電能占總耗電量的70%以上。因此,電機拖動系統節約電能具有特別重要的社會意義和經濟效益。

1電梯的節能效果

電梯現在越來越多,在對賓館、寫字樓等的用電情況調查統計中,電梯用電量占總用電量的17%-25%以上,僅次于空調用電量,高于照明、供水等的用電量。電梯的節能效果與電梯功率、電梯整個系統、電梯的平衡系統等方面有關,以下幾類情況節能效果更好:

①樓層越高的電梯,制動頻繁,節能越多;

②越新安裝使用的電梯,機械慣性大,節能越多;

③使用時間越久的電梯,摩擦力大,節能越多;

④速度越快的電梯,制動頻繁,節能越多;

⑤使用越頻繁的電梯,制動頻繁,節能越多。

2電機拖動系統節約電能的途徑主要有兩大類

一類是提高電機拖動系統的運行效率,如風機、水泵調速是以提高負載運行效率為目標的節能措施,再如電梯曳引機采用變頻器調速取代異步電動機調壓調速是以提高電動機運行效率為目標的節能措施。

二類是將運動中負載上的機械能通過能量回饋器變換成電能并回送給交流電網,供附近其它用電設備使用,使電機拖動系統在單位時間消耗電網電能下降,從而達到節約電能的目的。有源能量回饋器即屬于第二類節約電能的典型裝置。

3“回饋型”節能電梯的節能原理

采用變頻調速的電梯啟動運行達到最高運行速度后具有最大的機械功能,電梯達到目標層前要逐步減速直到電梯停止運動為止,這一過程是電梯曳引機釋放機械功能量的過程。此外,升降電梯還是一個位能性負載,為了均勻拖動負載,電梯由曳引機拖動的負載是由載客轎廂和對重平衡塊組成,只有當轎廂載重量約為50%時,轎廂和對重平衡塊才相互平衡,否則,轎廂和對重平衡塊就會有質量差,使電梯運行時產生機械位能。

電梯運行中多余的機械能通過電動機和變頻器轉換成直流電能儲存在變頻器直流回路中的電容中,此時電容就好比是一個小水庫,回送到電容中的電能越多,電容電壓就越高,,如不及時釋放電容器儲存的電能,就會產生過壓故障,使變頻器停止工作,電梯無法正常運行。目前變頻器泄放大電容中電量的方法是,采用制動單元和外加大功率電阻,將大電容中電量消耗到外加大功率電阻上白白浪費掉。有源能量回饋器則可以將大電容中儲存的電量無消耗地回收再利用。從而既達到節電目的,又無耗電發熱大功率電阻。大大改善了系統的運行環境。

電梯的梯速越快,樓層越高,機械傳動消耗越小,則可以回饋的能量越多,最多回饋電量可達電梯總消耗量的46%,即節電率達46%之高。

4節能電梯的關鍵裝置——有源能量回饋器

目前,中國使用的電梯中只有3%左右的超高速電梯由于要達到快速制動的要求,自身已采用能量回饋控制系統,并且只有從國外純進口的電梯才有能量回饋功能。只要在國內生產的電梯,則100%都沒有采用能量回饋技術。電梯要節電,核心是如何將處于發電制動狀態電動機輸出的電能利用起來。能量回饋器的作用就是能有效的將電容中儲存的電能回送給交流電網供周邊其它用電設備使用,節電效果十分明顯,一般節電率可達21%-46%。此外,由于無電阻發熱元件,機房溫度下降,可以節省機房空調的耗電量,在許多場合,節約空調耗電量往往帶來更大的節電效果。

有源能量回饋器的主電路由IGBT、智能模塊IPM、隔離二極管D1、D2、濾波電感、電容等元件組成。IPM模塊是主電路中的核心元件,它將直流電能逆變為與交流電網同步的三相電流回送電網。其完善的保護功能,保證了有源能量回饋器的安全可*運行。二極管D1、D2可防止有源能量回饋器反送電能給變頻器,確保系統安全運行。電感L1---L3、電容C1---C3構成高次諧波濾波器,阻止IPM模塊高頻開關產生的高次諧波電流進入電網,提高有源能量回饋器的電磁兼容(EMC)性能。

5電梯節能所產生的經濟效應和社會作用

經測算,根據電梯曳引機功率從11kw-30kw不等,每天運行10個小時,其中有一半時間電動機處于拖動用電狀態,另一半屬于發電狀態{電梯曳引機拖動的負載由載客轎廂和對重平衡塊組成,只有當轎廂載重量約為50%(1噸載客電梯乘客為7人左右)時,轎廂和對重平衡塊才相互平衡,否則,轎廂和對重平衡塊就會有質量差,使電梯運行時產生機械位能};則每臺電梯用電量也不同,每臺電梯每天用電量從50度-150度;按照每臺電梯平均每天用電量約為80度/天計算,全國58萬臺電梯每天用電約為14億度,每年消耗電量電約為168億度。在加上為了解決機房高溫的降溫設備(如空調、風機等)的消耗電量,全年電梯耗電將達到300億度。如果采用電梯節能技術,在全國的賓館、酒店、商用寫字樓、金融大廈、政府機關大樓、工廠企業辦公樓、居民住宅樓等等建筑中的電梯中推廣應用,將電梯處于發電狀態的電能回饋再生利用,全年電梯消耗電量300億度,按照平均回饋節電率30%計算,每年可為全國節約90億度電量。

通過電梯節能技術的采用,不僅緩解國內日益增長的電力緊張局勢,隨著每年的電梯數量、用電價格逐年增長,那么綜合全國電梯節能的巨大潛力對社會將是巨大貢獻!

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