電梯節能技術應用問題研究

陸剛

摘 要：在民用住宅類建筑中，電梯的能耗占到建筑總能耗的5%左右，而在商用辦公寫字樓，電梯能耗占建筑能耗占比高達7%，電梯已成為建筑中除制冷制暖和照明電氣外最大的能耗開支，生產節能環保型電梯刻不容緩。

關鍵詞：電梯節能；變壓變頻調速；能量回饋

一、VVVF（變壓變頻調速）技術

VVVF 技術在現代交流調速電梯驅動控制系統中得到了最廣泛的應用。電梯驅動系統采用成熟的 VVVF 技術早已成為當今改善電梯驅動控制性能、提高電梯運行質量的主要途徑。VVVF 技術淘汰了各類交流雙速電機調速驅動，取代了直流無齒輪驅動，不僅使電梯的運行性能優越，同時也有效地節約了能源，降低了損耗。以下按照電梯運行的不同階段來分析VVVF 電梯的節能性。電梯運行可簡化為起動、穩速運行、制動 3 個階段。（1）起動階段：VVVF 由于在低頻條件下起動，無功電流小，從而大大降低了總的起動電流，降低了能耗。（2）穩速段：ACVV（調壓調速）電梯在穩速運行段所消耗的能量在滿載和半載上行的條件下與 VVVF 控制的電梯相近。而在輕載上行（或重載下行）時，由于倒拉效應，ACVV 電梯要從電網取得能量產生制動轉矩，而 VVVF 電梯工作在再生發電制動狀態，不需從電網中獲得能量。（3）制動段：ACVV 電梯在制動段一般采用能耗制動方式，即從電網中取得能耗制動電流，電流變成熱能消耗在電機的轉子中，對于較大慣性輪的電機，能耗制動電流可達到60～80 A，電機的發熱也比較嚴重。而 VVVF 電梯在制動段不需從電網中獲得任何能量，電動機運行在再生發電制動狀態，電梯系統的動能轉化成電能消耗在電機外部電阻上，不僅節能，而且也避免了制動電流引起的電機發熱現象。經實際運行測算比較，采用VVVF 控制的電梯，與 ACVV 調速電梯相比，節能達30%以上。VVVF 系統還可以提高電氣系統功率因數，降低電梯線路設備的容量和電動機的容量達30%以上。

二、能量回饋技術

電梯的結構可以簡單地看作為一個定滑輪及其兩側的重物，一側的重物為轎廂及乘員，另一側的為對重，起到定滑輪作用的是曳引機。電梯工作時，曳引機拖動兩邊的重物將電能與重力勢能互相轉化。當轎廂與乘員的重量超過對重的重量，電梯上行時，電機做功，將電能轉化為勢能；下行時，重力做功，將勢能轉化為電能。當轎廂與乘員的重量小于對重的重量，電梯上行時，重力做功，將勢能轉化為電能；下行時，電機做功，將電能轉化為勢能。由重力勢能轉化而成的電能，通過電機進入電梯控制柜中的變頻器的直流電容中，這些能量如果不及時消耗，累積超過了電容能容納的極限，將會損壞變頻器，所以，比較普遍的做法是，將這些電能通過發熱電阻將它們轉化為熱量散發出去。但這種做法有以下缺點：（1）浪費能量，降低了系統的效率；（2）電阻發熱嚴重，影響系統的其他部分正常工作；（3）簡單的能耗制動有時不能及時抑制快速制動產生的泵升電壓，限制了制動性能的提高。同時，這種做法使得電梯機房的溫度很高，為了使電梯正常工作，往往要使用空調來降溫，增加了能源的消耗。通過使用能量回饋裝置，可以很好地解決這個問題。能量回饋裝置能夠實時地檢測變頻器直流母線上的電壓及電網頻率，把變頻器直流母線上多余的電能重新逆變為交流電，并反饋到電網中，讓每一部電梯，在制動時都成為一部小型發電機，把發出的電能用于人們的生產、生活，使得電梯用電更為節能、高效，長期使用更是具有非常高的經濟效益。安裝了能量回饋裝置的電梯，年均運行總耗電量普遍可下降25%～35%，機房空調耗電量夏季可下降 40%～60%，一臺 20 層的電梯一年可以節省6 000 kW·h 電能左右，一個擁有 100 部電梯的小區，一年則可節省 60 萬 kW·h 電能，相當于 800 個家庭 1 年的用電量。

三、群控技術

群控電梯就是多臺電梯集中排列，共有廳外召喚按鈕，按規定程序集中調度和控制的電梯。召喚信號的分配采用最小等待時間原則，充分考慮電梯的層樓距離、召喚和指令的登記情況、超越情況、反向情況等等因素，實時調配具有最快響應時間可能性的電梯來應答每一個召喚，從而充分挖掘電梯的運輸能力，大大提高電梯的運行效率。群控技術雖然不能使某一臺電梯運行時達到節能的效果，但可以通過合理的調度實現群組中電梯的節能。另外，目前比較新的幾種群控調度技術如目的層選層技術、分層技術等，可以保證在相同的運載能力的情況下，減少群組中電梯的數量或減少電梯的額定載重，達到節能的效果。總而言之，電梯群控技術可以通過樓內具體情況，及時調配每個電梯的運行狀態，使電梯群能夠提供最佳的服務。傳統的群算法只是為了達到最小的候機時間，但是容易致使電梯運行效率低、電梯扎堆的現象。現今的群算法為調度算法，它的實質是在一個變化的環境下進行在線調度，以達到合理的配置資源，實現最優控制的目的。現在的電梯群控技術越來越朝著智能化發展，把智能控制算法引入電梯群控系統能夠較好地解決群控系統目的多樣性和系統本身固有的隨機性和非線性。把專家系統算法、模糊控制算法、神經網絡算法和遺傳算法等幾種算法有機地結合起來，進一步應用于群控電梯的設計中，將是電梯控制發展的趨勢。

四、共直流母線電梯控制系統原理和運用

在電梯頻率使用較大的地方，一臺電梯是不夠的，因此往往都是用兩臺或者多臺電梯同時使用。這樣就可以考慮把其中的一臺或者兩臺在發電的時候產生的多余能量反饋到一條這幾臺電梯共同使用的母線上，以此來達到節能的目的。共直流母線電梯控制系統一般都是由斷路器、接觸器、逆變器、電機和熔斷機組成的。其特點是：把所有電梯在系統中的直流一側都連接到共用母線上。這樣，每一臺電梯都能在運行過程中，通過自身的逆變器，將交流電轉化成直流電能后反饋到母線上。母線上的其他電梯就可以充分利用這部分能量，減少了系統總的能量消耗，達到了節能的目的。當其中的某一臺電梯發生故障的時候，只要切斷該電梯上的空氣開關就可以了。該方案具有結構簡單、成本低、安全可靠的優點。

參考文獻

[1]田學成，李重遠.電梯節能技術的現狀與研究方向[J].低碳世界.2016（19）

[2]白金光.住宅區電梯節能改良的綜合措施探究[J].中國高新技術企業.2014（13）

（作者單位：奧的斯高速電梯（上海）有限公司）