淺談電梯節能技術

杜靜云（福建省特種設備檢驗研究院龍巖分院）

淺談電梯節能技術

杜靜云（福建省特種設備檢驗研究院龍巖分院）

隨著時代的進步和社會經濟的發展，電梯已經在我國的高層建筑中得到了廣泛的應用。然而，電梯的能耗也日益引起人們的高度重視。本文基于此，從電梯節能角度對電梯的節能技術情況做出了詳細探討，希望能對相關人員提供些參考。

電梯；節能技術；控制系統；節能回饋裝置

1 引言

節能是目前擺在人們面前的一個重要課題，根據相關資料統計，我國建筑物能源占到了全國總體能耗的30%左右，是我國開展節能工作的一個重要目標。電梯作為垂直交通工具是建筑中的一個重要組成部分，其用電量僅次于空調，在國家全面節能減排大背景下，電梯的耗能已經受到人們的廣泛重視。降低電梯能耗、節約電梯用電對行業發展和技術革新有著重要的意義。現階段，隨著計算機技術、電子技術、變頻調速技術和電機技術等機電技術的快速發展，為電梯的節能技術發展提供了可靠的條件。

2 電梯曳引機節能技術綜述

曳引機作為電梯的核心部件，對電梯的節能效率有著直接的影響。電梯曳引機的發展經歷了三個階段，第一階段蝸輪蝸桿傳動曳引機，第二階段行星齒輪和斜齒輪傳動曳引機，第三階段無齒輪傳動式曳引機。但這幾種曳引機技術都具有一定的缺點，例如蝸輪蝸桿傳動曳引機體積大、質量重、耗能高、傳動效率只有65%左右且行動不變。行星齒輪和斜齒輪傳動曳引機雖然對其進行了一定程度的改良，但傳動效率也難以突破90%，且過高的齒輪加工精度使得整個電梯的造價大幅上升。因此，無齒輪曳引技術是現階段電梯節能的主要技術，其可以通過永磁同步電機直接驅動，省卻了傳統的蝸輪蝸桿減速齒輪箱，將電梯的傳動效率提升至90%以上，實現了低能耗、高效率。在電梯運行狀態下忽略阻尼繞組時，永磁同步電機的損耗分別由鐵損耗、銅損耗和機械損耗構成（如圖1的永磁同步電機d軸與q軸等效電路所示）。借助永磁同步電機的等效電路找出各種損耗與勵磁電流及轉速的關系，再導出不同條件下的最優勵磁電流，算出最優定子磁鏈的指令值，進一步讓電機的損耗得到降低，從而實現節能效果。

圖1 永磁同步電機d軸與q軸等效電路

3 電梯驅動控制系統的節能

整個電梯系統中，驅動系統主要用于對電梯的起動、加速、穩速運行以及減速等運動方式進行控制，因此該系統同樣是電梯中的耗能“大戶”?，F階段，主流的電梯驅動控制系統多采用較為成熟的變頻調速技術。在此基礎上，可以通過將梯群的各驅動變頻器中直流部分并聯實現共直流母線的節能方式。如圖2所示，共直流母線傳動控制系統主要包括變頻器、能量回饋裝置、直流熔斷器、直流接觸器等設備。通過在電梯驅動控制系統上運用這種節能方式，實現電動機的能量在工作狀態和發電狀態自由共享。例如任何連接在直流母線上的任一系統所產生的能量，都可以通過各自的逆變器反饋到直流母線上被其他電梯所利用，實現能源的多次利用，提升能源的轉化率。此外，直流母線中各電容組并聯后還會使得整個系統的電容值成倍增大，導致直流電路中，整個系統的儲能容量大幅度上升，所形成的直流電壓源能夠對中間環節直流電壓的瞬時脈沖形成強大的鉗制作用，在實現電梯節能的基礎上，還使得整個系統的穩定性和可靠性進一步提升。

圖2 共直流母線的節能方式

4 電梯節能回饋裝置的節能

電梯節能回饋器是基于能源再利用所實現的，由于電梯空載上行或是重載下行時，為保持勻速運行需要制動，此時大量的機械能通過電機轉換成電能，消耗在電機的發熱電阻中。如圖3所示，電梯安裝節能回饋器后，電梯能有效的將電容中儲存的直流電能轉換成交流電能回送到電網，把浪費的能源再利用。另一方面，由于整個回饋網絡中的電阻無直流電通過，故電阻不會發熱，有利于實現控制系統的運行溫度的降低，節約能耗，延長電梯使用壽命。降低的溫度反過來又會促進電梯排氣設備的功率降低，形成良性循環。

圖3 電梯節能回饋器接線示意圖

4.1 能量回饋系統的組成

電梯節能回饋系統具體由AVR單片機、功率逆變單元、邏輯保護控制單元、同步信號檢測單元和直流母線電壓、電流檢測單元構成，整個系統框架圖如圖4所示。電梯節能回饋系統的本質是將直流電能轉換為交流電能的一個有源逆變，在實現電梯節能的同時也在一定程度上避免了對電網的污染。電梯電能回饋過程中要保證電流、電壓和相位等各個方面滿足以下幾個控制條件：①要盡量減少電能逆變過程對電網的污染；②逆變電流不能大于電路允許的最大電流；③只有當直流母線電壓超過設定值之后，才可以啟動逆變裝置；④逆變過程中需要保持同電網的同步關系。

4.2 能量回饋控制電路設計和控制方法

圖4 電梯節能系統組成框架圖

能量回饋系統中的功率逆變單元內部原理電路圖如圖5所示，途中電壓Ud為直流母線側的直流電壓，L1、L2、L3為高頻磁芯扼流電抗器，T1～T6是絕緣門雙極晶體管。經過三相交流電能直接回饋三相交流電網?？刂品椒ǖ倪x擇對電能回饋系統的性能發揮有著直接的影響，為了提高電梯節能回饋的效果，降低逆變電流對電網帶來的沖擊，所以選擇的控制方法要保證逆變電能的總諧波失真越小越好，直流電壓利用率越高越好。

5 結語

圖5 功率逆變電路原理圖

隨著科學技術的不斷發展成熟，在保障電梯安全的基礎上，采用太陽能、風能等新能源實現電梯的驅動；使用LED發光二極管更新電梯轎廂常規使用的白熾燈、日光燈等照明燈具，可節約照明用量90%左右；采用目前已成熟的各種先進控制技術，如轎廂無人自動關燈技術、驅動器休眠技術、自動扶梯變頻感應啟動技術、群控樓宇智能管理技術等，進而大幅度提高電梯產業的能源利用效率，將會成為未來數十年里電梯產業的重要發展方向。在可以預見的未來，使用新型節能技術的節能型電梯將成為電梯產業的主導產品，而電梯的安全檢驗人員也將會借助更為完善的檢驗設備和檢驗方式，最大限度保障自身的人身安全。

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TU857

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2095-2066（2016）05-0137-02

2016-1-15