電梯能量回饋技術的研究與測試

摘要：通過對電梯節(jié)能枝術基本原理的研究和對一種典型電梯電能回饋裝置的檢測，分析電梯節(jié)能的實際效果，提出電梯電能回饋裝置應用和推廣的建議。

關鍵詞：電梯；節(jié)能；回饋；測試

1 前言

隨著近年經(jīng)濟的快速發(fā)展，人民生活水平的不斷提高，我國電梯的擁有量呈不斷增加的趨勢。據(jù)統(tǒng)計，截止到2008年底，全國電梯擁有量已達到115.3萬臺，且增長迅速，電梯耗能所占比例也隨之提高。由于全球能源的日趨緊張，以及持續(xù)發(fā)展、清潔發(fā)展的要求，節(jié)能技術正逐步在電梯上應用和推廣，各類電梯電能回饋裝置開始進入市場。2008年4月1日起實施的《節(jié)約能源法》第十六條第三款規(guī)定：“對高耗能的特種設備，按照國務院的規(guī)定實行節(jié)能審查和監(jiān)管”，國家質(zhì)檢總局《關干推進高耗能特種設備節(jié)能監(jiān)管工作的指導意見》(國質(zhì)檢特函[2008]264號文)提出：“研究換熱壓力容器，電梯、起重機械等高耗能特種設備耗能規(guī)律與節(jié)能技術，為全面推進高耗能特種設備節(jié)能監(jiān)管工作奠定基礎。”因此，開展電梯能量回饋技術的研究與測試是大勢所趨。

2 電梯節(jié)能技術基本原理

電機拖動系統(tǒng)節(jié)約電能的方法主要有兩大類：第一類是提高電機拖動系統(tǒng)的運行效率，如電梯曳引機采用變頻器調(diào)速取代異步電動機調(diào)壓調(diào)速，提高了電動機運行效率，達到了節(jié)能的效果。這種方式現(xiàn)已在電梯上大量應用。

此外，由于電梯在啟動運行達到最高運行速度后具有最大的機械動能，電梯到達目標層前要逐步減速直到電梯停止運動為止，這一過程電梯就會釋放機械動能。同時，曳引式電梯還是一個勢能性負載，轎廂載重與對重裝置之間有質(zhì)量差時，電梯運行時會產(chǎn)生機械勢能，特別是當電梯空載上行和電梯滿載下行時均會釋放出大量的機械勢能。對于采用變頻變壓調(diào)速的電梯，運行中釋放的機械能(含位能和動能)通過電動機和變頻器轉(zhuǎn)換成直流電能儲存在變頻器直流回路的電容中。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，如不及時釋放電容中儲存的電能，就會產(chǎn)生過壓保護，最終導致電梯停止運行。目前國內(nèi)絕大多數(shù)變頻調(diào)速電梯采用制動電阻消耗電容中儲存電能的方法來防止電容過電壓，但種方法不僅降低了系統(tǒng)能耗的效率，電阻產(chǎn)生的大量熱量還惡化了電梯控制柜周邊的環(huán)境。因此，電梯節(jié)能的第二類方法就是將運動中負載上的機械能(含位能和動能)通過專用裝置變換成電能并回饋給交流局域電網(wǎng)，供附近其他用電設備使用，使系統(tǒng)在單位時間內(nèi)消耗電量下降。從而達到節(jié)約電能的目的。

3 電梯能量回饋裝置的作用

電梯能量回饋裝置的作用就是將電容中儲存的電能回送到交流局域電網(wǎng)中，供周邊其它用電設備使用，而不是消耗在制動電阻上。雖然每次反饋的電能并不多，但積少成多，這種節(jié)能方式往往能達到十分明顯的節(jié)電效果。此外，由于無電阻發(fā)熱元件，機房溫度明顯下降，可以節(jié)省機房內(nèi)空調(diào)的耗電量，在許多情況下，節(jié)約空調(diào)的耗電量往往帶來更大的節(jié)電效果。

4 國內(nèi)外電梯能量回饋技術研究現(xiàn)狀

為了解決電動機處于再生發(fā)電狀態(tài)產(chǎn)生的再生能量，德國西門子公司已經(jīng)推出了電機四象限運行的電壓型交—直—交變頻器，日本富士公司也成功研制了電源再生裝置，如RHR系列、FRENIC系列電源再生單元，它把有源逆變單元從變頻器中分離出來，直接作為變頻器的一個外圍裝置，可并聯(lián)到變頻器的直流側(cè)，將再生能量回饋到電網(wǎng)中。同時，已見到國外有四象限電壓型交—直—交變頻器及電網(wǎng)側(cè)脈沖整流器等的研制報道。但這些裝置價格相對昂貴，一些產(chǎn)品對電網(wǎng)的要求也很高。

國內(nèi)目前也已有廠家研制出新型的電梯專用電能回饋裝置，新型能量回饋器與一般能量回饋器相比的一個最主要的特點是具有電壓自適應控制回饋功能。一般能量回饋器是根據(jù)變頻器直流回路電壓UPN的大小來決定是否回饋電能，回饋電壓采用固定值UHK。由于電網(wǎng)電壓的波動，UHK取值偏小時，在電網(wǎng)電壓偏高時會產(chǎn)生誤回饋，UHK取值偏大時，則回饋效果明顯下降(電容中儲能被電阻提前消耗了)。新型能量回饋器采用電壓自適應控制，即無論電網(wǎng)電壓如何波動，只有當電梯機械能轉(zhuǎn)換成電能送入直流回路電容中時，新型能量回饋器才及時將電容中的儲能回送電網(wǎng)，有效解決了原有能量回饋裝置的缺陷。同時，在現(xiàn)有國產(chǎn)能量回饋裝置中，也存在良萎不齊的情況：有的產(chǎn)品節(jié)能效果不理想，也有的產(chǎn)品反饋的電能質(zhì)量尤其是電流的諧波總量不能符合國家有關要求，這樣就會對局域電網(wǎng)造成污染，影響到電梯周邊電器的穩(wěn)定使用。

截止目前，我國針對電梯能耗及電梯能量回饋裝置的相關標準、管理規(guī)定等尚未出臺。

5 對一種典型電梯能量回饋裝量的跟蹤檢測

為了了解電梯能量回饋裝置的實際使用情況，我們在市場上選取了一種典型的電梯能量回饋裝置，從2008年5月開始連續(xù)1年對其進行跟蹤檢測。該臺裝置安裝在某商務中心一臺28層28站、額定載重量1350Kg、額定速度2.5m／s的電梯上，該電梯全天24小時運行，使用頻繁。檢測內(nèi)容主要包括三個方面：

(1)電梯安裝能量回饋裝置后的安全性能

(2)電梯安裝能量回饋裝置后的節(jié)能效果

(3)電梯能量回饋裝置所反饋電能的質(zhì)量

考慮到可對比性，每次檢測分別在空載、25％額載、50％額載、75％額載，滿載等五種典型工況下進行。

檢測結(jié)果表明：該臺電梯在安裝電能回饋裝置1年期間，安全性能符合GB7588—2003《電梯制造與安裝安全規(guī)范》以及《電梯監(jiān)督檢驗規(guī)程》的要求，未發(fā)現(xiàn)電梯相關部件損壞的情況；在五種典型工況下，電梯的耗電量相對于未安裝回饋裝置時節(jié)約27.02—56.40％，根據(jù)用戶實際使用的反饋情況，1年來的綜合節(jié)電率為30％左右(未包含機房中空調(diào)停用的節(jié)電量)，對電梯運行過程中的回饋電源質(zhì)量進行監(jiān)測，電壓，電流波形與諧波畸變總率THD等符合GB／T14549—1993《電能質(zhì)量公用電網(wǎng)諧波》的相關規(guī)定，未發(fā)現(xiàn)電梯周邊用電設備損壞的情況。

同期，我們也選取了其它電梯進行了類似測試，發(fā)現(xiàn)不同型號規(guī)格的電梯安裝能量回饋裝置后節(jié)能效果不盡相同，有的甚至無明顯的節(jié)能效果。

6 思考與建議

1)在用電梯采用加裝電能回饋裝置節(jié)能的方式效果明顯，具體與電梯整機的配置、曳引電動機與調(diào)速系統(tǒng)的匹配性能及實際運行情況等有關，但并不是所有的電梯都適合安裝，建議在提升高度大、速度快，使用頻繁的變頻變壓調(diào)速電梯上優(yōu)先推廣使用。

2)在目前市場上產(chǎn)品尚未完全規(guī)范的情況下，電梯使用單位應謹慎選用參數(shù)匹配、性能優(yōu)良的電能回饋裝置，以保證在節(jié)約能源的同時，電梯的安全性能不受影響，回饋的電能質(zhì)量符合要求。

3)電梯加裝電能回饋裝置時。不宜拆除原制動電阻單元，以保證電能回饋裝置發(fā)生故障時電梯仍能正常運行。

4)建議國家盡早出臺相關的標準與管理規(guī)定，規(guī)范電梯節(jié)能市場。

7 結(jié)束語

由于我們涉及電梯能量回饋技術研究與測試的時間不長，檢測數(shù)量有限，對上述問題的分析難免存在局限性，在此主要起到拋磚引玉的作用，文中如有不妥之處，望能得到有關專家的批評指正。