新一代高效節(jié)能環(huán)保的LEHYMRL無機房乘客電梯

1 引言

伴隨著中國經(jīng)濟的發(fā)展，我國的城市化、工業(yè)化進程快速推進，市場對電梯的需求逐年穩(wěn)步增加。

高企的能源價格和明顯的全球氣候變暖趨勢使得人們節(jié)能環(huán)保意識逐步強化，世界各國都在不斷強化其節(jié)能環(huán)保類產(chǎn)業(yè)政策和法規(guī)。目前，通過技術(shù)創(chuàng)新來降低電梯產(chǎn)品能耗從而使其更加符合節(jié)能環(huán)保要求已經(jīng)成為各電梯生產(chǎn)企業(yè)提高產(chǎn)品競爭力、提升企業(yè)形象的重要手段，電梯的節(jié)能環(huán)保特性已經(jīng)逐步成為衡量電梯產(chǎn)品性能和技術(shù)水準的一項重要指標。

無機房電梯相對于有機房電梯而言，具備一定的優(yōu)勢。無機房電梯不需要建造普通意義上的機房，既能節(jié)省建筑空間，又節(jié)約了機房的建造費用，還提高了井道上層空間的利用率。從設(shè)計的角度來講，減少了對建筑設(shè)計造成的限制。無機房電梯因為采用永磁同步無齒輪曳引機，傳動效率高，采用變頻驅(qū)動技術(shù)，更加節(jié)能環(huán)保，可以減少對環(huán)境的污染，符合綠色電梯發(fā)展的趨勢。無機房電梯因其取消了機房而帶來的益處逐漸被認識，特別是在機場、車站、文藝、展覽場館等對建筑高度和風格造型有特殊要求的建筑，去掉機房對于降低建筑總高度、保持整體造型、節(jié)省建筑成本有重要意義，這使其市場需求迅速增長。

圖1 節(jié)省空間的無機房電梯

為了滿足國內(nèi)外市場對節(jié)能環(huán)保型無機房電梯的需求，上海三菱電梯有限公司研發(fā)了LEHY-MRL微機網(wǎng)絡控制交流變壓變頻調(diào)速無機房乘客電梯，是新一代節(jié)能環(huán)保型無機房電梯新產(chǎn)品。該產(chǎn)品井道布置新穎簡潔、獨具匠心，應用了電氣驅(qū)動控制技術(shù)，具有節(jié)能、環(huán)保，運行平穩(wěn)、舒適性好、可靠性和安全性高、建筑空間利用率高等優(yōu)點。通過應用自有專利的無機房化布置、平衡救援裝置等技術(shù)，LEHY-MRL無機房電梯解決了無機房電梯的平衡救援、維保便利性等難題,通過綜合應用VVVF、PM曳引機、能量回饋技術(shù)和DC-DC電源等節(jié)能技術(shù)使產(chǎn)品能耗水平大為降低，其技術(shù)水平和性能指標達到國際同類產(chǎn)品的水平。

2 無機房電梯開發(fā)的關(guān)鍵技術(shù)

由于無機房電梯無需設(shè)置機房，不但可以節(jié)約建筑成本，美化建筑外觀，而且無機房電梯更加節(jié)能環(huán)保，但是開發(fā)無機房電梯不是簡單的將電梯的機房去掉，而是要應用一些新技術(shù)、新部件，使電梯的性能、安全性進一步提高，更加節(jié)省能源，更加環(huán)保，必須解決機房布置、緊急救援、轎頂維修空間等方面的難題。同時電梯取消機房后，為了滿足無機房井道布置的特殊需要，必須開發(fā)一系列特殊電梯部件。新開發(fā)無機房電梯，要解決的關(guān)鍵技術(shù)主要體現(xiàn)在以下幾個方面：

2.1 合理進行無機房化布置

開發(fā)無機房電梯最重要的是解決電梯的無機房化布置難題，土建布置不但可以節(jié)省空間，而且可以保證電梯的安全性。LEHY-MRL無機房電梯通過適當方式將轎廂、對重、驅(qū)動主機、控制屏、限速器等關(guān)鍵部件巧妙布置來實現(xiàn)電梯機房的去除，同時又有效控制了井道橫截面積和井道高度，從而達到簡化建筑設(shè)計、美化建筑造型、節(jié)約建筑成本的目的，同時又能保證安裝、維修保養(yǎng)的便利性和電梯運行的舒適性、安全性。

2.2 開發(fā)適用于無機房電梯的永磁同步無齒輪曳引機

作為電梯的核心部件，永磁同步無齒輪曳引機以其高效節(jié)能、環(huán)保、運行噪聲低、維護簡單、節(jié)約建筑空間等優(yōu)點，受到廣大電梯用戶的青睞。曳引機的品質(zhì)已逐步成為電梯產(chǎn)品的核心競爭力。無機房電梯因為曳引機放置在井道內(nèi)，其驅(qū)動主機必須結(jié)構(gòu)緊湊以方便無機房化布置。而長條形永磁同步無齒輪曳引機因為尺寸較小、結(jié)構(gòu)緊湊更加適合于無機房電梯。但是因為結(jié)構(gòu)緊湊，相比較一般的曳引機開發(fā)，無論是在結(jié)構(gòu)還是工藝方面都有很大的難度。

2.3 開發(fā)結(jié)構(gòu)簡單且安全可靠的轎廂固定裝置，保證調(diào)試、檢修的安全性、便利性

對于有機房電梯，電梯的曳引機、控制屏等很多部件都放置在專用機房內(nèi)，調(diào)試、檢修等工作比較安全、方便，無機房電梯因為曳引機、控制屏等部件位于井道之中，當對無機房電梯的曳引機和控制屏進行調(diào)試、檢修時，由于操作人員是站在井道內(nèi)的轎頂上而非機房地面，給操作帶來了一定的風險。因此，消除由于轎廂意外移動而發(fā)生危險，需要解決操作的便利性和保證操作人員的安全兩方面問題。必須開發(fā)安全可靠的轎廂固定裝置，保證調(diào)試、檢修等工作的順利進行。

2.4 解決平衡救援技術(shù)，保障乘客安全

電梯的安全性和可靠性日益成為電梯用戶關(guān)注的問題，當電梯出現(xiàn)緊急情況時應使乘客得到及時解救，最大限度的保障乘客的安全。平衡救援技術(shù)是無機房電梯開發(fā)中遇到的比較棘手的難題，也成為電梯的關(guān)鍵核心技術(shù)。

對于平衡救援技術(shù)很多無機房電梯生產(chǎn)廠商采用蓄電池應急供電的緊急電動運行方式，該方式需要額外增加供電的蓄電池，存在蓄電池無電、電解液泄漏等問題。另外一種常用方式是在轎廂頂部或者補償鏈上增加救援重塊，通過破壞轎廂的平衡狀態(tài)來移動轎廂。由于救援重塊的重量大，將救援重塊放置在電梯轎廂的頂部，存在比較大的風險。另外，救援重塊平時放置在升降通道的底坑，將占據(jù)底坑比較大的空間，從而使得底坑的安全空間可能受到影響。因此一種優(yōu)秀的平衡救援技術(shù)必須具有重量輕、操作容易、安全可靠、占用空間小等一系列特點。

2.5 開發(fā)低能耗、高可靠性、體積小的電源系統(tǒng)

傳統(tǒng)電梯電源系統(tǒng)中的變壓器，不僅體積龐大，占用較大的空間，而且制造變壓器需要大量銅等非黑色金屬，造成極大的資源需求。同時變壓器又會產(chǎn)生匝間短路或因負載過大燒毀等嚴重后果，可靠性較差。電源系統(tǒng)一般放置在電梯控制屏中，電源體積龐大必然帶來控制屏體積的增大，這就給無機房布置帶來了更大的困難。無機房電梯使用的電源系統(tǒng)應該具有低能耗、高可靠性、體積小的特點，以降低整個電梯的能耗，提高電梯的可靠性，方便電梯的無機房化布置。LEHY-MRL無機房電梯應用DC-DC電源技術(shù)，成功的解決了這一難題。

2.6 開發(fā)電梯曳引機再生狀態(tài)下產(chǎn)生的再生能量回饋技術(shù)

電梯在運行過程中，根據(jù)電梯運行狀態(tài)的不同，曳引機有時工作在電動狀態(tài)下，有時又會工作在發(fā)電狀態(tài)下，并且會在不同的工作狀態(tài)之間進行頻繁切換，并且發(fā)電狀態(tài)下的曳引機會產(chǎn)生再生能量。這些再生能量必須得到妥善處理，否則這些再生能量在經(jīng)過一定的累積后會引起電梯驅(qū)動系統(tǒng)主回路的直流電壓不斷升高從而會導致系統(tǒng)因出現(xiàn)過高壓故障而無法正常運行。在以前的電梯中能量以發(fā)熱的方式消耗在電阻上，浪費較大。LEHY-MRL無機房電梯通過應用基于PWM可逆整流的能量回饋技術(shù)解決了這一技術(shù)難題。

3 LEHY-MRL無機房電梯的技術(shù)特色

作為新一代高效節(jié)能環(huán)保型的無機房電梯，LEHY-MRL系列微機網(wǎng)絡控制交流變壓變頻調(diào)速無機房乘客電梯應用了當前國際電梯行業(yè)的先進技術(shù)，不但確保其安全性、舒適型，而且與傳統(tǒng)電梯相比，大大降低了能源消耗。LEHY-MRL無機房電梯應用了以下技術(shù)方法：

3.1 基于多項自有專利技術(shù)的電梯無機房化布置

① 長條形結(jié)構(gòu)的曳引機，其較小的徑向尺寸設(shè)計使其能較好地適應轎廂與升降通道側(cè)壁的空間，因此電梯裝置的升降通道水平橫截面積得到最優(yōu)化的利用；

② 利用曳引機布置在對重裝置的上方實現(xiàn)電梯裝置升降通道水平橫截面積的最小化；

③ 通過曳引機部分轎廂在升降方向所需運行空間實現(xiàn)轎廂頂部安全空間的充分利用；

④ 利用曳引機與轎廂頂部維修空間在升降方向的投影不重疊實現(xiàn)轎廂頂部維修空間的最大化；

⑤ 平行轎底輪結(jié)構(gòu)的采用，可大大減少轎底厚度，從而實現(xiàn)升降通道底坑尺寸的最小化，且轎底輪結(jié)構(gòu)可減小轎廂內(nèi)噪聲；

⑥ 可根據(jù)用戶的電梯井道形式，采用自立式或非自立式結(jié)構(gòu)，比現(xiàn)有的無機房電梯產(chǎn)品的適應性更強。

圖2 無機房電梯的布置

3.2 長條形永磁同步無齒輪曳引機

長條形永磁同步無齒輪曳引機采用永磁材料，無需勵磁電流，無減速裝置，不存在齒輪的磨損，能耗低，傳動效率高，完全消除了傳統(tǒng)有齒輪曳引機的噪聲和振動問題，無需潤滑油，免維護，壽命長，安全可靠，減少了能源消耗，更加環(huán)保。

該曳引機結(jié)構(gòu)緊湊，有效地利用了井道空間，降低了頂層高度，方便安裝、維護。

該曳引機具有低噪聲、低振動的特性，與不斷改進的微機網(wǎng)絡控制矢量化變頻調(diào)速方式相結(jié)合，使電梯的運行更平穩(wěn)、更安靜，帶來更舒適的乘坐體驗。與高效率的驅(qū)動技術(shù)相結(jié)合，效率提高，能耗減少，并且避免了傳統(tǒng)曳引機潤滑油可能造成的污染問題，在美化環(huán)境的同時使電梯的運行更加經(jīng)濟環(huán)保。

圖3 無齒輪曳引輪

3.3 結(jié)構(gòu)簡單且安全可靠的轎廂固定裝置

無機房電梯因為曳引機等部件布置在井道內(nèi)，檢修和維護都不如有機房電梯方便，而且存在一定的風險。LEHY-MRL無機房電梯采用了一種結(jié)構(gòu)簡單、安全可靠的轎廂固定裝置，該轎廂固定裝置能夠通過機械方式將轎廂固定在導軌上，以避免由于轎廂意外移動而產(chǎn)生的危險，操作人員可以方便的對曳引機、控制屏等井道部件進行檢修、維護等工作。同時通過合理的結(jié)構(gòu)布置帶來轎廂頂部維修空間的最大化，消除了維修和保養(yǎng)的工作盲區(qū)，使轎廂頂部的維修和保養(yǎng)工作安全、可靠、便利。

圖4 轎廂固定裝置

3.4 機械杠桿式緊急救援裝置

目前基于救援重塊的平衡救援裝置，存在重量大、救援繁瑣、占用空間大、成本高等缺點，LEHY-MRL無機房電梯采用的是基于自有專利技術(shù)的機械杠桿式救援裝置，解決了電梯平衡負載時的緊急救援這一難題，與現(xiàn)有救援裝置相比，該救援裝置具有重量輕、操作容易、安全可靠、成本低、占用空間小等一系列優(yōu)點。

3.5 DC-DC電源系統(tǒng)

DC-DC電源技術(shù)，是近年來在工業(yè)界中比較受關(guān)注的一項新技術(shù)。由于DC-DC電源利用DC-DC變換技術(shù)取消了傳統(tǒng)電梯電源系統(tǒng)中體積龐大的變壓器，不但可以節(jié)省大量用于制造變壓器的銅等非黑色金屬，而且還可以有效減小對空間的要求。此外，DC-DC電源的技術(shù)特點直接決定了它具有強大的過電流、負載短路等保護功能，可完全避免原有變壓器方式導致的匝間短路或因過負載引起的變壓器燒毀等嚴重后果，具有非常高的可靠性。DC-DC電源的低能耗、小體積、安全可靠等特點，使其非常適用于電梯的電源系統(tǒng)中，從而替代傳統(tǒng)電梯電源系統(tǒng)中所采用的三相交流變壓器。LEHY-MRL無機房電梯通過應用DC-DC電源技術(shù)，不僅降低了其整機能耗，縮小了控制屏體積，從而極大地方便了其無機房化布置，而且還可節(jié)省大量銅等非黑色金屬材料。

3.6 基于PWM可逆整流的能量回饋技術(shù)

圖5 主回路結(jié)構(gòu)

LEHY-MRL系列微機網(wǎng)絡控制交流變壓變頻調(diào)速無機房乘客電梯應用了基于PWM整流器的能量回饋技術(shù)，其主回路結(jié)構(gòu)如圖5所示，它由PWM整流器與PWM逆變器兩部分構(gòu)成，它們通過中間的直流電容相連接。當曳引機工作在電動狀態(tài)時，PWM整流器是起整流作用，負責將電網(wǎng)交流電進行整流，得到電容兩端的直流電；當曳引機處于發(fā)電狀態(tài)時，PWM整流器起回饋作用，將積聚在直流電容上的再生能量轉(zhuǎn)化為交流電，回饋給電網(wǎng)。

由于PWM整流器能夠在電梯的曳引機工作在電動狀態(tài)時為其提供電能，在其工作在發(fā)電狀態(tài)時，將其產(chǎn)生的再生能量回饋給電網(wǎng)，既解決了再生能量的處理問題，又節(jié)約了能源，而且還能夠?qū)崿F(xiàn)較大的單位功率因數(shù)，輸入電流波形好、諧波少。

LEHY-MRL無機房電梯還采用微機網(wǎng)絡化分布式結(jié)構(gòu)，利用CAN總線技術(shù)實現(xiàn)各個部分之間的可靠通信，以全數(shù)字化VVVF矢量控制技術(shù)實現(xiàn)曳引機速度調(diào)節(jié)，以基于專家系統(tǒng)、模糊理論、神經(jīng)網(wǎng)絡以及遺傳算法等多種人工智能技術(shù)的群控系統(tǒng)等一系列先進技術(shù)。