探究電能質量分析儀在電梯能耗測量中的應用

趙紅星

（江蘇省特種設備安全監督檢驗研究院鎮江分院，江蘇 丹陽 212300）

電梯能源的消耗以及再利用已經成為了人們在使用電梯過程中所關注的問題，相關人員也都在致力于尋找能夠精確測量電梯在運行以及待機狀態中的能量損耗的方法。永磁同步無齒輪曳引機作為電子控制技術的先進成果，正在廣泛使用，因為無機械齒輪傳動，提高了傳動效率，降低了嘈雜聲。經研究表明節約用電可達50%以上。

以前對再生電能的處理方式為采用能耗制動，能量基本都消耗在制動電阻上，這就導致大量可回收電能的消耗，再生電能無法得到回收利用。目前各個電梯公司為提高電梯的節能效果以及能源回收的利用率，充分的改善了電梯的回饋系統，把電梯曳引機工作在發電狀態時產生的電能利用起來。將原來消耗在制動電阻上的能量，回饋到交流電網中，達到節約電能的作用。本文采用電能質量分析儀對電梯各個運行階段及反饋電能進行測量，對電能進行分析利用，旨在提高整個系統的安全性。

1 電梯的能耗

作為特種設備在《特種設備安全監察條例》中也明確提出高能耗的電梯，在安裝、改造維修竣工后，施工單位應當在驗收后30日內將有關技術資料移交使用單位，并且提交能效測試報告。所以在電梯的性能不斷提高的同時，其能耗問題也越來越受到重視，成為了衡量電梯優劣的重要參數。

電梯根據建筑內部結構進行設計，是一種電光一體的精密設備，在使用時能耗的大小會受到各種因素的限制。因此，本文提出了一種利用電能質量分析儀對電梯能耗進行合理有效并且非常便于操作的測量方法。

2 電能質量分析儀結構

電能質量分析儀采用前端采集后端管理的模式。采集前端采用模擬數字電路構成，管理后臺可以采用筆記本電腦進行操作對數據進行測量和管理，之后再進行各項數據統計以及分析等。運用無線技術將前端與后臺進行無線連接，以此來實現遠距離傳輸操作。待測量完畢將數據導出進行分析，得出電梯每噸千米的耗電量，得出電梯的能耗。前端采集由電壓或者電流采樣電路構成，主要部件為微處理器進行主要的運算、輸入端為鍵盤端口，通訊方式選取USB方式、電源220V供電電路組成。采樣電路分為電壓采樣和電流采樣部分，電壓采樣通常采用電阻降壓采樣，電流采樣采用電流互感器，采樣電路對輸入的交流信號進行量化采樣，后經微處理器運算電路進行數字運算處理，并把測量數據顯示在面板上。

3 電能質量分析儀在電梯能耗測量中的應用

電能質量分析儀器在測量每一個工作循環時，均應當遵循一定的順序和規則，而且電梯的運行具有間歇性工作的特征，電梯能耗的測量時應該針對這一特點進行。順序應該做到由上到下的樓層順序、選取不同的額定載荷得出電梯每噸千米的耗電量。

除此之外，因為每部電梯均含有不同的附屬設施，比如，照明線路的不同，對監控位置的要求不同等，因此，每部電梯消耗的電量也不同，所以，在每次利用電能質量分析儀分析測量電梯運行能耗時，選取合適的測量點就顯得尤為重要，如果不考慮照明和監控等附件，就可以將測量點選取在主控制柜和主開關之間。而在需要測量電梯待機能耗時，就應該考慮照明和監控等附件的能耗，這時就可以將測量點選取在電梯電源和主開關之間的線路上進行數據測量。

4 測量實驗

本次測量實驗分為兩組，第一組為測取同一臺曳引式永磁同步客梯在有無電能反饋系統條件下，進行電梯得空載能耗、負載能耗以及能效指標的對比。第二組為選取不同載荷的曳引電梯的空載能耗、負載能耗以及能效指標的對比。

表1 不同額定載荷與是否有反饋對電能質量的影響

檢測對象電梯的參數為：額定速度2m/s，額定載重1600kg與1000kg，驅動方式為永磁同步電機，其額定功率為11.7kW，額定電壓為313V，額定電流為27A，額定頻率為28Hz。能饋系統的功率范圍為37kW以下，層站門數為14/14/14。曳引輪直徑為500mm和400mm，曳引比為2。檢測時溫度為30℃，電能測試儀器采用日本HIOKI3196電能質量分析儀，采用三相三線法測量，分別測取空載能耗、負載能耗以及能效指，不同額定載荷與是否有反饋對電梯電能質量的影響，分析見表1。

通過上述兩組實驗對比，并對其進行如下結論分析。

結論1：對兩臺不同額定載荷的相同驅動方式，無電能反饋的電梯進行能效指標對比，如表我們可以看出，兩臺電梯的額定速度相同，曳引比也相同，電梯額定載荷對電梯能效指標影響不大。兩組能效指標值分別為0.64和0.68。載荷高的能效指標比載荷低的略大，機械能消耗略微增大，其原因可能為額定載荷大的電梯對負載的大小不敏感度。綜上所述，不同額定載荷的能效指標之間相關性不大。

結論2：通過在額定載荷為1600kg的電梯安裝電能回饋裝置，來分析能量回饋裝置對電梯空載能耗、負載能耗、機械能以及能效指標。同時，比較有無能量回饋對電梯能效的影響，數據如表1所示，從表中對比數據可以看出，有電能反饋的電梯能效指標為0.21，無能效反饋的為0.64。可以看出，對于裝有能量回饋單元的電梯，其空載能耗、負載能耗以及能效指標優于無能量回饋單元的電梯。因此，對裝配有能量回饋單元的電梯，可以有效地節能，提高能源利用效率。

但是，本電能質量分析儀的測量只關注了電梯的能量回饋功能，并未考慮到諧波抑制問題和電網電壓不平衡情況，由于沒有完善的檢測和鑒定方法，在今后可以得到更好的系統模型和控制方法，取得更好的效果。

5 結語

隨著人們對電梯依賴的增加，電梯每年的安裝量快速增長，而電梯的能耗很大，能耗如何能夠更好的控制與節約將成為人們關注的重點，因此需積極采取有效的節能措施。前文本著電梯能夠更加節能的目的，首先介紹了電梯能耗的現狀，電能質量分析儀結構原理及其在電梯能耗測量中的應用，在分析了電梯的能耗特點及節能的基礎上。通過不同載荷以及有無能耗反饋能效情況的電梯能耗實驗分析了影響電梯能耗的因素，并進行了對比分析，得出了結論。

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