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）

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

1 引言

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。

2 電梯曳引機(jī)節(jié)能技術(shù)綜述

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

3 電梯驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)的節(jié)能

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

4 電梯節(jié)能回饋裝置的節(jié)能

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。

5 結(jié)語(yǔ)

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