一種節(jié)能電梯的設計

夏非

摘 要： 通過對電梯使用現(xiàn)狀的調查，設計出一種節(jié)能電梯。利用電梯系統(tǒng)自身重力勢能提供運行時的動能，并把下行乘客的重力勢能儲存起來提供給電梯上行。根據(jù)電梯運行時的要求，結合節(jié)能電梯的節(jié)能原理，通過添加改變傳動比的裝置達到運行、節(jié)能的目的。最后對本節(jié)能電梯的節(jié)能效果進行計算，并分析本節(jié)能電梯今后建筑工程項目評優(yōu)、評比和考核指標的設想。

關鍵詞： 節(jié)能電梯 電能供需 能源需求

1.研究背景及意義

電梯自問世以來，數(shù)量逐年增加，耗電量越來越大。據(jù)統(tǒng)計，我國平均每部電梯每天消耗電能約40kWh，約占整個建筑能耗的5%?，F(xiàn)代化生產規(guī)模不斷擴大和人們生活水平不斷提高，能源需求量日益增加，電能供需矛盾更是日益突出，節(jié)電呼聲日益高漲。有關統(tǒng)計數(shù)據(jù)表明，電梯電動機拖動負載消耗的電能占電梯總耗電量的70%以上，因此，電機拖動系統(tǒng)節(jié)約電能具有特別重要的社會意義。

2.設計方案

2.1改變傳動比的裝置

設置改變傳動比的裝置有兩種方案：

2.1.1使用搭載自動控制系統(tǒng)的無極變速器：無級變速器對電梯運行時的傳動比具有完美調節(jié)效果，能最大限度地節(jié)省電梯消耗的電能。

2.1.2使用搭載自動控制系統(tǒng)的多級變速器。多級變速器對電梯運行時的傳動比具有粗略的調節(jié)作用，需要電動機提供在其調節(jié)精度外的力。

2.2整體裝置

電梯整體結構與現(xiàn)有電梯類似，現(xiàn)有電梯是有一個轎廂和一個對重，通過鋼絲繩將它們連接起來，鋼絲繩通過驅動裝置的曳引帶動，使電梯轎廂和對重在電梯內導軌上做上下運動，本設計不同的是：使用改變傳動比的裝置作為主要的運行器件取代曳引機中的電動機，并在絕大多數(shù)時間代替電動機工作。

2.3控制系統(tǒng)

本電梯核心控制系統(tǒng)為速度控制系統(tǒng)，與現(xiàn)有電梯的速度控制系統(tǒng)不同。

速度控制系統(tǒng)主要由重量感應器和搭載自動控制系統(tǒng)的改變傳動比的裝置組成，通過重量感應器對改變傳動比的裝置傳遞信息，由改變傳動比的裝置做出合適的調節(jié)，使轎廂獲得合適的加速度和運行速度，從而讓電梯完成完整的運行動作。

本電梯速度控制系統(tǒng)使用特殊的適用于改變傳動比的裝置的速度控制系統(tǒng)，并配合電梯其余各類自動控制系統(tǒng)協(xié)調合作，完成正常的電梯運行動作。

3.基本運行原理

使用改變傳動比的曳引裝置，牽引電梯轎廂和對重，通過動態(tài)調節(jié)轎廂和對重之間的傳動比，使電梯依靠自身的重力勢能運行。如乘客上行；改變傳動比的裝置工作，調節(jié)轎廂與對重的傳動比，使對重端力矩大于轎廂端力矩，從而使轎廂獲得向上的加速度，最終使電梯運行。

4.節(jié)能原理

當電梯搭載完上行乘客后回到原來的位置時，根據(jù)機械能守恒定律，電梯自身重力勢能減少（對重下降一定高度），此過程為消耗電梯重力勢能的過程。

當電梯搭載完下行乘客候回到原來的位置時，根據(jù)機械能守恒定律，電梯自身重力勢能增加（對重上升一定高度），此過程為電梯存儲重力勢能的過程。

在一定的使用條件下（上行乘客和下行乘客使用頻率及強度相近時），電梯可以利用下行乘客的機械能提供給上行乘客的機械能，不需要電動機做功以提供乘客的機械能，從而達到節(jié)能的目的。

5.運行中的實際問題及解決方案

5.1因為電梯運行時，轎廂端和對重端的傳動比不一致，所以會導致兩端運行距離不對等。

解決方案：采用先加速后減速的運行模式（運行一定時間后反向調節(jié)傳動比），使兩端距離差距減至最小，同時利用動能回補消耗的重力勢能。

5.2極端使用條件下，在一定時間內上行乘客數(shù)量較多，系統(tǒng)自重無法繼續(xù)提供上行乘客機械能。

解決方案：在對重到達無法繼續(xù)滿載運行的臨界點之前，利用電動機輔助調節(jié)對重位置，使電梯能繼續(xù)工作。

5.3運行時轎廂內乘客做出跳躍、下蹲動作，導致加速度突變的情況。

解決方案：通過重力感應器反饋異常信息給電動機，電動機迅速做出反饋調節(jié)，保持電梯正常運行。

5.4使用多級變速器時，多級變速器工作時的空當時間，曵引系統(tǒng)出現(xiàn)短暫失力狀態(tài)。

解決方案：通過自動控制系統(tǒng)調節(jié)電動機自動運行，保證電梯順利完成改變傳動比的過程。

6.結語

結合目前節(jié)能電梯發(fā)展情勢，節(jié)能電梯創(chuàng)新地利用改變傳動比的裝置加入電梯的曳引系統(tǒng)中，通過改變電梯轎廂和對重之間的傳動比，改變轎廂和對重之間的力矩比，從而使電梯系統(tǒng)依靠自身重力運行，達到節(jié)能的目的。

參考文獻：

[1]高國賢，馬福軍.電梯正弦運行速度曲線的分析與設計[J].自動化技術與應用，2007（1）.

[2]馬福軍，孫全江，劉兵.絕對剩余距離為原則的電梯速度控制方式[J].控制工程，2014（6）.

[3]邢航，陳安.嵌入式系統(tǒng)在智能電梯中的應用[J].工業(yè)控制計算機，2009（2）.