能量回饋技術在電梯節能中的意義

摘 要：隨著電梯使用量的增加，電梯已成為耗電大戶， 做好節能意義重大。本文闡述能量回饋技術在電梯領域的實際應用和社會意義。

關鍵詞：電梯；能量回饋；節能

隨著經濟的持續發展，高層建筑群越來越多，電梯的保有量增長迅速，年均增長速度超過 15%，提高了人民生活質量。而電梯作為一種輔助運輸工具，為乘客提供便捷服務；電梯是建筑物中耗電量較高的設備之一， 其用電量已超過空調的用電量，在建筑內所有用電設備中用電量占比居前，所以行之有效的節能方式運用，將為用電量的減省出一份力。

一、電梯運行原理

電梯是建筑內輔助交通工具，以曳引機為動力，帶箱體上下運行，用于多層建筑乘人或載運貨物。主要由曳引機、導軌、對重裝置、安全保護裝置（如限速器、安全鉗和緩沖器等）、操縱廂、轎廂、轎頂檢修盒、層門與廳門、鋼絲繩、外呼面板等組成。利用鋼絲繩穿插繞著曳引輪和導向輪，兩端分別連接對重端和機房工型承重梁固定架上，再通過鋼絲繩與曳引輪、導向輪間的摩擦傳動，電動機驅動曳引輪使轎廂延著導軌上下移動。具有安全可靠、乘坐舒適、平層準確和噪音小等特點。

在實際使用過程中，電梯用電量較大的運行工況是：轎廂超過80%載重上行和轎廂低于20%載重下行；而在轎廂輕負載上行和滿負載下行時，會產生大量的機械動能，通過制動電阻轉化為熱能消耗掉，對機房環境和電梯控制系統等帶來不利影響。

能量回饋技術的轉化應用，得靠一種性能可靠的能量回饋器體現：通過能量回饋器將運行中產生的機械動能轉變成再生電能，再將這部分再生電能反饋到電網，供電梯或其他電氣設備使用。

二、能量回饋技術運用原理

（一）能量回饋技術的節能原理

電梯開始使用至今，節能技術的應用始終貫穿于電梯發展中，有曳引機技術的節能、驅動控制系統的節能、能量回饋系統的節能。當電梯無負載上行或轎廂超過80%載重下行時，電梯處于發電狀態，將機械勢能轉化為電能。電梯要達到節能的成效，是把電動機在發電狀態產生的電能利用起來。

現在的大多數電梯采用能耗制動方式，即外接制動電阻將電能消耗掉，會使制動電阻迅速升溫冒煙甚至發紅，致使機房環境溫度升高，長時間會影響機房內其他設備的正常運行。因此，如果將電梯運行時產生的能量，通過能量回饋裝置回饋到電網中，這就體現出其設計的意義；一般節電率可達25%～45%。此外，由于無制動電阻等散熱元件，機房溫度下降，可以減少機房空調的制冷運行時間，間接減少了空調的用電量，可認為是另一種節能方式。

（二）能量回饋技術的運用原理

能量回饋器是運用能量回饋技術設計，專用于變頻調速控制的電梯使用，是變頻器制動單元專業化的一種產品；其主電路由IGBT模塊、保護器、LCL濾波電路、整流橋、熔斷器等電子元件組成（如右圖），其中關鍵元件是IGBT模塊，由絕緣柵雙極型晶體管芯片與續流二極管芯片通過特定的電路橋接封裝而成的模塊半導體產品；保護器是保證電梯節能系統安全運行必不可少的元件；LCL濾波電路則由濾波電感和電容組成，能夠有效阻止高次諧波進入電網，進而提高能力回饋器的電磁兼容性能。此外，由單片微機、可編程門陣列FPGA、外圍信號采樣器等組成的控制電路，確保能量安全可靠的回饋到電網。

電梯專用能量回饋器原理圖

如國內某科技公司技術生產的最新型電梯專用能量回饋器，采用最新全數字化DSP中央處理器，穩定性能好、抗干擾性能強；自診斷技術確保輸出三相電壓穩定無波動，使變頻器安全運行不受影響；控制方式包含：PWM 電流跟蹤控制技術、直流側電壓平衡控制技術、坐標變換矢量控制技術、瞬時電流檢測技術；工方式為逆變回饋：將變頻器的直流母線電壓逆變成與電網電壓同頻同相的交流電壓，再經濾波處理接入電網，實現能量回饋電網的目的，回饋有效成功率95%。

在高層建筑、使用頻繁的工況下，節能成效會更顯然。此款新型能量回饋器有一特點特別說明一下，即具有電壓自適應穩固控制回饋功能，可抑制驅動電梯的變頻器對電網的高諧波干擾，使電梯在電網電壓波動較大的時候能正常運行，在現實中價值突顯。

（三）能量回饋器節能試驗數據

為了直觀的反映電梯在使用能量回饋器比使用制動電阻節能，我們在同一臺電梯上對不同載重工況下進行了能耗測量（永磁同步電動機）。

電梯工況參數表

電梯在配置能量回饋器和制動電阻兩種工況下，分別在0%、20%、40%、60%、80%、100%的額定載重情況下進行運行測試：電梯從最底層運行到最頂層，然后正常開關門，再從最頂層運行到最底層，累計600次運行，每種載重上下運行各50次，求平均值），采用專用功率測試儀器對電動機的功率進行測量。

三、結論

電梯能量回饋技術是一項節能效果明顯的節能技術，尤其適用于高層建筑、運行頻率高的乘客電梯。在實踐運用中，能量回饋器具有改善機房環境延長電梯設備使用壽命；運行范圍寬，可與不同品牌不同等級的變頻器配置使用；節能功效突顯，節電率可達25%～45%；提升電梯制動性能和舒適感等等優點，應用前景良好。

參考文獻：[1]白瑜峰.能量回饋技術在電梯上的應用分析和節能效果探討[J].廣東建材科技風，2011（15）.

作者簡介：徐高軍（1984），男，漢族，江蘇如皋人，大專，助理。