能量回饋技術(shù)在電梯節(jié)能中的意義

摘 要：隨著電梯使用量的增加，電梯已成為耗電大戶， 做好節(jié)能意義重大。本文闡述能量回饋技術(shù)在電梯領(lǐng)域的實(shí)際應(yīng)用和社會意義。

關(guān)鍵詞：電梯；能量回饋；節(jié)能

隨著經(jīng)濟(jì)的持續(xù)發(fā)展，高層建筑群越來越多，電梯的保有量增長迅速，年均增長速度超過 15%，提高了人民生活質(zhì)量。而電梯作為一種輔助運(yùn)輸工具，為乘客提供便捷服務(wù)；電梯是建筑物中耗電量較高的設(shè)備之一， 其用電量已超過空調(diào)的用電量，在建筑內(nèi)所有用電設(shè)備中用電量占比居前，所以行之有效的節(jié)能方式運(yùn)用，將為用電量的減省出一份力。

一、電梯運(yùn)行原理

電梯是建筑內(nèi)輔助交通工具，以曳引機(jī)為動力，帶箱體上下運(yùn)行，用于多層建筑乘人或載運(yùn)貨物。主要由曳引機(jī)、導(dǎo)軌、對重裝置、安全保護(hù)裝置（如限速器、安全鉗和緩沖器等）、操縱廂、轎廂、轎頂檢修盒、層門與廳門、鋼絲繩、外呼面板等組成。利用鋼絲繩穿插繞著曳引輪和導(dǎo)向輪，兩端分別連接對重端和機(jī)房工型承重梁固定架上，再通過鋼絲繩與曳引輪、導(dǎo)向輪間的摩擦傳動，電動機(jī)驅(qū)動曳引輪使轎廂延著導(dǎo)軌上下移動。具有安全可靠、乘坐舒適、平層準(zhǔn)確和噪音小等特點(diǎn)。

在實(shí)際使用過程中，電梯用電量較大的運(yùn)行工況是：轎廂超過80%載重上行和轎廂低于20%載重下行；而在轎廂輕負(fù)載上行和滿負(fù)載下行時(shí)，會產(chǎn)生大量的機(jī)械動能，通過制動電阻轉(zhuǎn)化為熱能消耗掉，對機(jī)房環(huán)境和電梯控制系統(tǒng)等帶來不利影響。

能量回饋技術(shù)的轉(zhuǎn)化應(yīng)用，得靠一種性能可靠的能量回饋器體現(xiàn)：通過能量回饋器將運(yùn)行中產(chǎn)生的機(jī)械動能轉(zhuǎn)變成再生電能，再將這部分再生電能反饋到電網(wǎng)，供電梯或其他電氣設(shè)備使用。

二、能量回饋技術(shù)運(yùn)用原理

（一）能量回饋技術(shù)的節(jié)能原理

電梯開始使用至今，節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用始終貫穿于電梯發(fā)展中，有曳引機(jī)技術(shù)的節(jié)能、驅(qū)動控制系統(tǒng)的節(jié)能、能量回饋系統(tǒng)的節(jié)能。當(dāng)電梯無負(fù)載上行或轎廂超過80%載重下行時(shí)，電梯處于發(fā)電狀態(tài)，將機(jī)械勢能轉(zhuǎn)化為電能。電梯要達(dá)到節(jié)能的成效，是把電動機(jī)在發(fā)電狀態(tài)產(chǎn)生的電能利用起來。

現(xiàn)在的大多數(shù)電梯采用能耗制動方式，即外接制動電阻將電能消耗掉，會使制動電阻迅速升溫冒煙甚至發(fā)紅，致使機(jī)房環(huán)境溫度升高，長時(shí)間會影響機(jī)房內(nèi)其他設(shè)備的正常運(yùn)行。因此，如果將電梯運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的能量，通過能量回饋裝置回饋到電網(wǎng)中，這就體現(xiàn)出其設(shè)計(jì)的意義；一般節(jié)電率可達(dá)25%～45%。此外，由于無制動電阻等散熱元件，機(jī)房溫度下降，可以減少機(jī)房空調(diào)的制冷運(yùn)行時(shí)間，間接減少了空調(diào)的用電量，可認(rèn)為是另一種節(jié)能方式。

（二）能量回饋技術(shù)的運(yùn)用原理

能量回饋器是運(yùn)用能量回饋技術(shù)設(shè)計(jì)，專用于變頻調(diào)速控制的電梯使用，是變頻器制動單元專業(yè)化的一種產(chǎn)品；其主電路由IGBT模塊、保護(hù)器、LCL濾波電路、整流橋、熔斷器等電子元件組成（如右圖），其中關(guān)鍵元件是IGBT模塊，由絕緣柵雙極型晶體管芯片與續(xù)流二極管芯片通過特定的電路橋接封裝而成的模塊半導(dǎo)體產(chǎn)品；保護(hù)器是保證電梯節(jié)能系統(tǒng)安全運(yùn)行必不可少的元件；LCL濾波電路則由濾波電感和電容組成，能夠有效阻止高次諧波進(jìn)入電網(wǎng)，進(jìn)而提高能力回饋器的電磁兼容性能。此外，由單片微機(jī)、可編程門陣列FPGA、外圍信號采樣器等組成的控制電路，確保能量安全可靠的回饋到電網(wǎng)。

電梯專用能量回饋器原理圖

如國內(nèi)某科技公司技術(shù)生產(chǎn)的最新型電梯專用能量回饋器，采用最新全數(shù)字化DSP中央處理器，穩(wěn)定性能好、抗干擾性能強(qiáng)；自診斷技術(shù)確保輸出三相電壓穩(wěn)定無波動，使變頻器安全運(yùn)行不受影響；控制方式包含：PWM 電流跟蹤控制技術(shù)、直流側(cè)電壓平衡控制技術(shù)、坐標(biāo)變換矢量控制技術(shù)、瞬時(shí)電流檢測技術(shù)；工方式為逆變回饋：將變頻器的直流母線電壓逆變成與電網(wǎng)電壓同頻同相的交流電壓，再經(jīng)濾波處理接入電網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)能量回饋電網(wǎng)的目的，回饋有效成功率95%。

在高層建筑、使用頻繁的工況下，節(jié)能成效會更顯然。此款新型能量回饋器有一特點(diǎn)特別說明一下，即具有電壓自適應(yīng)穩(wěn)固控制回饋功能，可抑制驅(qū)動電梯的變頻器對電網(wǎng)的高諧波干擾，使電梯在電網(wǎng)電壓波動較大的時(shí)候能正常運(yùn)行，在現(xiàn)實(shí)中價(jià)值突顯。

（三）能量回饋器節(jié)能試驗(yàn)數(shù)據(jù)

為了直觀的反映電梯在使用能量回饋器比使用制動電阻節(jié)能，我們在同一臺電梯上對不同載重工況下進(jìn)行了能耗測量（永磁同步電動機(jī)）。

電梯工況參數(shù)表

電梯在配置能量回饋器和制動電阻兩種工況下，分別在0%、20%、40%、60%、80%、100%的額定載重情況下進(jìn)行運(yùn)行測試：電梯從最底層運(yùn)行到最頂層，然后正常開關(guān)門，再從最頂層運(yùn)行到最底層，累計(jì)600次運(yùn)行，每種載重上下運(yùn)行各50次，求平均值），采用專用功率測試儀器對電動機(jī)的功率進(jìn)行測量。

三、結(jié)論

電梯能量回饋技術(shù)是一項(xiàng)節(jié)能效果明顯的節(jié)能技術(shù)，尤其適用于高層建筑、運(yùn)行頻率高的乘客電梯。在實(shí)踐運(yùn)用中，能量回饋器具有改善機(jī)房環(huán)境延長電梯設(shè)備使用壽命；運(yùn)行范圍寬，可與不同品牌不同等級的變頻器配置使用；節(jié)能功效突顯，節(jié)電率可達(dá)25%～45%；提升電梯制動性能和舒適感等等優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)用前景良好。

參考文獻(xiàn)：[1]白瑜峰.能量回饋技術(shù)在電梯上的應(yīng)用分析和節(jié)能效果探討[J].廣東建材科技風(fēng)，2011（15）.

作者簡介：徐高軍（1984），男，漢族，江蘇如皋人，大專，助理。