能量回饋技術在電梯上的應用分析和節能效果探討

摘 要：文章從能量回饋技術入手，探討了該技術在電梯節能中的實際應用，并對有源能量回饋器在電梯節能方面的效果和推廣電梯節能的必要性進行了分析和介紹，以達到節電和改善系統運行環境的目的。

關鍵詞：能量回饋器；節能；電梯

前言

隨著經濟的快速發展，電梯的使用也越來越普遍，當然由電梯消耗的電能也日益增多，如何節約資源，降低能耗是我們研究的重點。使用能量回饋型節能電梯還可以節約開發成本和節省電費由于采用高效無齒輪節能主機和無齒輪曳引主機，使電機的功率和電梯的主電機功率大大減小，使消耗的電和變頻器的功效均大幅度降低。

1 能量回饋技術的分析與研究

1.1 能量回饋技術的特點

能量回饋技術在國內已經有了研究和發展，并且有與之相關的產品問世。能量回饋系統中的拓撲結構，由于其功率開關的器件不同而可以被分為全控器件型結構以及半控器件型結構兩大類。全控型器件，如IPM、GTR、IGBT或MOSFET的結構特點為動態響應迅速、集成度和開關頻率高，并且利用這類全控型器件還能夠使系統的效率大大提升。半控器件型結構又稱晶閘管型器件結構，這類結構中的晶閘管具有超強的耐浪涌沖擊、耐流和耐壓能力，這是比全控型功率器優越的地方，并且價格較低，保護和驅動電路簡單。

1.2 能量回饋技術的節能原理

有源能量回饋器主回路結構主要由濾波電容、串聯電感、三相IGBT全橋和外圍電路組成，如圖1。電梯變頻器的輸入端和有源能量回饋器的輸出端相連，有兩個隔離二極管VD1和VD2與輸入端相串聯后與變頻器的PN 線相接。

圖中虛線框內的控制電路的軟件設計冗余度高，該電路是由外圍信號采樣器以及單片微機可編程邏輯芯片組成的，這種設計和結構能夠使控制電路自動地識別三相交流電網的相位、相序、電流及電壓的瞬時值，確保直流電可以立即回饋到交流電網，有序地控制智能功率模塊即IPM 的工作狀態。該有源能量回饋器的功能，如圖2。

電梯節能在電梯技術的研究和發展中一直被廣泛關注，主要有關于電梯驅動控制系統、能量回饋系統和電梯曳引機驅動技術方面的節能。電梯節能的關鍵是收集和利用電梯曳引機在發電的過程中產生的電能。現階段處理這部分能量的方法是采取能耗制動，也就是在大功率電阻中利用外加的或者內置的制動電阻消耗電能。這樣由電阻而產生的熱量不僅對電梯控制柜周圍的環境造成污染，而且還會造成能量的損毀。有數據統計，25%至35%的電梯用電總量被制動電阻消耗了，有源能量回饋系統的功能是把制動電阻消耗的電能逆變轉化成交流電，而后回輸到電氣設備中或附近的電網中繼續利用，通常能量逆變的效率為85%左右。由此得出，電梯能量回饋系統可以節約21%至30%的能量，而且節能的效果會隨著電梯速度的加快和樓層增高而提升。

2 有源能量回饋器在電梯節能方面的應用分析

能量回饋技術通常在高速電梯和超高速電梯上被運用。高速電梯及超高速電梯因快速制動會產生泵升電壓，而一般的外加制動電阻的能耗制動卻無法立即將其控制，此時就會造成電極的絕緣、電解電容和開關器件的損壞，甚至整個系統的安全都會因此受到威脅。

2.1 能量回饋節能技術在電梯節能中的實踐應用

制動高速電梯和超高速電梯制動時，如果使用一般的外加制動電阻，消耗的能量會很多，并且電阻的發熱現象也會很嚴重。改善發熱和系統制動的問題是能量反饋技術在高速電梯和超高速電梯上得以運用的關鍵。大多數中低速電梯采用能量回饋技術沒有很大的意義，因為它們使用的是蝸輪蝸桿減速的驅動主機，然而這種主機反傳動的效率不高。目前，在中低速電梯上運用永磁同步無齒傳動技術是為能量回饋技術的使用奠定基礎。現在很多電梯公司都已經陸續發現了在中低速電梯上運用永磁同步無齒傳動技術的重要性，并開始關注。

2.2 電梯運行過程中的能量流動

電梯通過變頻調速達到最高運行速度后，此時電梯的機械功能最大，而電梯若要抵達目標層，則需要逐漸減小運行速度至電梯靜止，整個過程電梯進行了機械能的釋放。在整個過程中，電動機能夠利用變頻調速器把機械能轉化為電能在直流環節變頻器的大電容中存儲，而大電容的容量也是有限的，由機械功能轉化而來的電能也會發生滿溢事故。然而，若沒能及時地釋放儲存在大電容之中的電量，則也可能發生電容過壓現象。電梯這一勢能性負載由對重平衡塊與載客轎廂構成，可以均勻地將負荷拖動。欲使對重平衡塊與轎廂的質量平衡，那么此時的轎廂載重量就要保持在50%左右，在電梯運行的過程中，若沒有達到這種情況則對重平衡塊與轎廂之間就會產生機械勢能和質量差。電梯質量較重的裝備在下行的過程中，機械勢能會逐漸減小，這部分變化的機械勢能經電動機被轉化成為變頻器直流環節大電容器儲備的電能。電梯質量較重的裝備在上行的過程中，機械能增大，這部分能量是通過電動機由電網的電能轉化而來。

3 推廣電梯節能的必要性

目前，存在著持續性的、全國范圍的電能緊張問題，我國經濟的發展受能源問題的制約，為此黨中央和國務院提出把節約放在首位的經濟工作任務，構建節約型的消費與產業結構。能量回饋型節能電梯綠色環保，它可以改善環境，利用特定的回饋裝置把電梯在運行時產生的再生制動能量回收到電網，確保源側電流是標準的正弦波波形，而且免維護、高效率的無齒輪曳引機的使用，使電梯無需加油，是真正的綠色產品，不僅保護環境，而且節能。我們可以針對全國電梯耗電量假設性地估算一下，如果全國實際運行的有100萬臺電梯，單位數量的電梯每日運行3小時，單臺電梯消耗的功平均為15千瓦， 則一天中全國所有電梯的功耗為4500萬度，一年的功耗可至160億度，大約為中等城市全年的居民生活和工農業生產的用電量之和。然而，若應用節能電梯，且電梯都采用能量回饋技術，則全年的節電量就可達到65億度。

4 結束語

現階段在國內的電梯行業領域，會投入大量精力在乘感舒服度與外觀的裝潢方面，而對于節能問題的研究較少，幾乎找不到有什么法規可以對其能耗有所規制，仍然有很多電梯使用超過了10年，而且非常耗能的老舊電梯扔在使用中。能量回饋型節能技術在電梯節能的實際應用中舉足輕重，節電效果顯著，能為我國帶來巨大的社會效益與經濟效益，從而為我國政府構建節約型社會貢獻力量。

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