杜靜云(福建省特種設(shè)備檢驗(yàn)研究院龍巖分院)
淺談電梯節(jié)能技術(shù)
杜靜云(福建省特種設(shè)備檢驗(yàn)研究院龍巖分院)
隨著時(shí)代的進(jìn)步和社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,電梯已經(jīng)在我國(guó)的高層建筑中得到了廣泛的應(yīng)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(jié)能角度對(duì)電梯的節(jié)能技術(shù)情況做出了詳細(xì)探討,希望能對(duì)相關(guān)人員提供些參考。
電梯;節(jié)能技術(shù);控制系統(tǒng);節(jié)能回饋裝置
節(jié)能是目前擺在人們面前的一個(gè)重要課題,根據(jù)相關(guān)資料統(tǒng)計(jì),我國(guó)建筑物能源占到了全國(guó)總體能耗的30%左右,是我國(guó)開(kāi)展節(jié)能工作的一個(gè)重要目標(biāo)。電梯作為垂直交通工具是建筑中的一個(gè)重要組成部分,其用電量?jī)H次于空調(diào),在國(guó)家全面節(jié)能減排大背景下,電梯的耗能已經(jīng)受到人們的廣泛重視。降低電梯能耗、節(jié)約電梯用電對(duì)行業(yè)發(fā)展和技術(shù)革新有著重要的意義?,F(xiàn)階段,隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、電子技術(shù)、變頻調(diào)速技術(shù)和電機(jī)技術(shù)等機(jī)電技術(shù)的快速發(fā)展,為電梯的節(jié)能技術(shù)發(fā)展提供了可靠的條件。
曳引機(jī)作為電梯的核心部件,對(duì)電梯的節(jié)能效率有著直接的影響。電梯曳引機(jī)的發(fā)展經(jīng)歷了三個(gè)階段,第一階段蝸輪蝸桿傳動(dòng)曳引機(jī),第二階段行星齒輪和斜齒輪傳動(dòng)曳引機(jī),第三階段無(wú)齒輪傳動(dòng)式曳引機(jī)。但這幾種曳引機(jī)技術(shù)都具有一定的缺點(diǎn),例如蝸輪蝸桿傳動(dòng)曳引機(jī)體積大、質(zhì)量重、耗能高、傳動(dòng)效率只有65%左右且行動(dòng)不變。行星齒輪和斜齒輪傳動(dòng)曳引機(jī)雖然對(duì)其進(jìn)行了一定程度的改良,但傳動(dòng)效率也難以突破90%,且過(guò)高的齒輪加工精度使得整個(gè)電梯的造價(jià)大幅上升。因此,無(wú)齒輪曳引技術(shù)是現(xiàn)階段電梯節(jié)能的主要技術(shù),其可以通過(guò)永磁同步電機(jī)直接驅(qū)動(dòng),省卻了傳統(tǒng)的蝸輪蝸桿減速齒輪箱,將電梯的傳動(dòng)效率提升至90%以上,實(shí)現(xiàn)了低能耗、高效率。在電梯運(yùn)行狀態(tài)下忽略阻尼繞組時(shí),永磁同步電機(jī)的損耗分別由鐵損耗、銅損耗和機(jī)械損耗構(gòu)成(如圖1的永磁同步電機(jī)d軸與q軸等效電路所示)。借助永磁同步電機(jī)的等效電路找出各種損耗與勵(lì)磁電流及轉(zhuǎn)速的關(guān)系,再導(dǎo)出不同條件下的最優(yōu)勵(lì)磁電流,算出最優(yōu)定子磁鏈的指令值,進(jìn)一步讓電機(jī)的損耗得到降低,從而實(shí)現(xiàn)節(jié)能效果。
圖1 永磁同步電機(jī)d軸與q軸等效電路
整個(gè)電梯系統(tǒng)中,驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)主要用于對(duì)電梯的起動(dòng)、加速、穩(wěn)速運(yùn)行以及減速等運(yùn)動(dòng)方式進(jìn)行控制,因此該系統(tǒng)同樣是電梯中的耗能“大戶”?,F(xiàn)階段,主流的電梯驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)多采用較為成熟的變頻調(diào)速技術(shù)。在此基礎(chǔ)上,可以通過(guò)將梯群的各驅(qū)動(dòng)變頻器中直流部分并聯(lián)實(shí)現(xiàn)共直流母線的節(jié)能方式。如圖2所示,共直流母線傳動(dòng)控制系統(tǒng)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(shè)備。通過(guò)在電梯驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)上運(yùn)用這種節(jié)能方式,實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的能量在工作狀態(tài)和發(fā)電狀態(tài)自由共享。例如任何連接在直流母線上的任一系統(tǒng)所產(chǎn)生的能量,都可以通過(guò)各自的逆變器反饋到直流母線上被其他電梯所利用,實(shí)現(xiàn)能源的多次利用,提升能源的轉(zhuǎn)化率。此外,直流母線中各電容組并聯(lián)后還會(huì)使得整個(gè)系統(tǒng)的電容值成倍增大,導(dǎo)致直流電路中,整個(gè)系統(tǒng)的儲(chǔ)能容量大幅度上升,所形成的直流電壓源能夠?qū)χ虚g環(huán)節(jié)直流電壓的瞬時(shí)脈沖形成強(qiáng)大的鉗制作用,在實(shí)現(xiàn)電梯節(jié)能的基礎(chǔ)上,還使得整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性進(jìn)一步提升。
圖2 共直流母線的節(jié)能方式
電梯節(jié)能回饋器是基于能源再利用所實(shí)現(xiàn)的,由于電梯空載上行或是重載下行時(shí),為保持勻速運(yùn)行需要制動(dòng),此時(shí)大量的機(jī)械能通過(guò)電機(jī)轉(zhuǎn)換成電能,消耗在電機(jī)的發(fā)熱電阻中。如圖3所示,電梯安裝節(jié)能回饋器后,電梯能有效的將電容中儲(chǔ)存的直流電能轉(zhuǎn)換成交流電能回送到電網(wǎng),把浪費(fèi)的能源再利用。另一方面,由于整個(gè)回饋網(wǎng)絡(luò)中的電阻無(wú)直流電通過(guò),故電阻不會(huì)發(fā)熱,有利于實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)的運(yùn)行溫度的降低,節(jié)約能耗,延長(zhǎng)電梯使用壽命。降低的溫度反過(guò)來(lái)又會(huì)促進(jìn)電梯排氣設(shè)備的功率降低,形成良性循環(huán)。
圖3 電梯節(jié)能回饋器接線示意圖
4.1 能量回饋系統(tǒng)的組成
電梯節(jié)能回饋系統(tǒng)具體由AVR單片機(jī)、功率逆變單元、邏輯保護(hù)控制單元、同步信號(hào)檢測(cè)單元和直流母線電壓、電流檢測(cè)單元構(gòu)成,整個(gè)系統(tǒng)框架圖如圖4所示。電梯節(jié)能回饋系統(tǒng)的本質(zhì)是將直流電能轉(zhuǎn)換為交流電能的一個(gè)有源逆變,在實(shí)現(xiàn)電梯節(jié)能的同時(shí)也在一定程度上避免了對(duì)電網(wǎng)的污染。電梯電能回饋過(guò)程中要保證電流、電壓和相位等各個(gè)方面滿足以下幾個(gè)控制條件:①要盡量減少電能逆變過(guò)程對(duì)電網(wǎng)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(dāng)直流母線電壓超過(guò)設(shè)定值之后,才可以啟動(dòng)逆變裝置;④逆變過(guò)程中需要保持同電網(wǎng)的同步關(guān)系。
4.2 能量回饋控制電路設(shè)計(jì)和控制方法
圖4 電梯節(jié)能系統(tǒng)組成框架圖
能量回饋系統(tǒng)中的功率逆變單元內(nèi)部原理電路圖如圖5所示,途中電壓Ud為直流母線側(cè)的直流電壓,L1、L2、L3為高頻磁芯扼流電抗器,T1~T6是絕緣門(mén)雙極晶體管。經(jīng)過(guò)三相交流電能直接回饋三相交流電網(wǎng)??刂品椒ǖ倪x擇對(duì)電能回饋系統(tǒng)的性能發(fā)揮有著直接的影響,為了提高電梯節(jié)能回饋的效果,降低逆變電流對(duì)電網(wǎng)帶來(lái)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。
圖5 功率逆變電路原理圖
隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展成熟,在保障電梯安全的基礎(chǔ)上,采用太陽(yáng)能、風(fēng)能等新能源實(shí)現(xiàn)電梯的驅(qū)動(dòng);使用LED發(fā)光二極管更新電梯轎廂常規(guī)使用的白熾燈、日光燈等照明燈具,可節(jié)約照明用量90%左右;采用目前已成熟的各種先進(jìn)控制技術(shù),如轎廂無(wú)人自動(dòng)關(guān)燈技術(shù)、驅(qū)動(dòng)器休眠技術(shù)、自動(dòng)扶梯變頻感應(yīng)啟動(dòng)技術(shù)、群控樓宇智能管理技術(shù)等,進(jìn)而大幅度提高電梯產(chǎn)業(yè)的能源利用效率,將會(huì)成為未來(lái)數(shù)十年里電梯產(chǎn)業(yè)的重要發(fā)展方向。在可以預(yù)見(jiàn)的未來(lái),使用新型節(jié)能技術(shù)的節(jié)能型電梯將成為電梯產(chǎn)業(yè)的主導(dǎo)產(chǎn)品,而電梯的安全檢驗(yàn)人員也將會(huì)借助更為完善的檢驗(yàn)設(shè)備和檢驗(yàn)方式,最大限度保障自身的人身安全。
[1]余仁輝.淺談電梯節(jié)能方法[J].城市建設(shè)理論研究:電子版,2012(7).
[2]黃聲華.電梯節(jié)能項(xiàng)目實(shí)施介紹[J].中國(guó)電梯,2006.
[3]李慶嘉.電梯節(jié)能探討[J].科技致富向?qū)В?013.
TU857
A
2095-2066(2016)05-0137-02
2016-1-15