曳引式電梯的能耗建模及節能分析

劉恒

摘 要：曳引電梯占電梯總量的很大一部分，其能耗的問題一直受從業人員所關注，本文首先從電梯的能耗大背景所入手，介紹了高能耗的電梯所面臨的問題。然后從每個系統的角度對曳引電梯進行了能耗建模和運行環境進行分析，對驅動系統、電梯系統的運行以及匹配方面進行了節能分析，在對有無能量回饋驅動系統與不同載荷下理論與實際的能耗進行驗證，最終得出了結論。

關鍵詞：能耗建模;能量回饋;節能分析

1 曳引式電梯能耗建模

如果要對電梯能耗進行更好的建模，首先要了解電梯的能耗系統，其主要包括以下三個系統，整個回路控制系統，曳引系統、電梯的驅動系統等構成的。具體的運行環境可以大致分為樓層信息、客流分布和電梯速度、調度策略構成。

1.1 電梯設備能耗模塊

針對單體的各個系統的能耗情況，其中曳引系統能耗模塊主要是由轎廂、鋼絲繩等構成，這些部分均會引起能耗，可以對轎廂負荷載、外阻力電梯運動狀態和驅動系統輸出功率之間分析。下圖1為電梯系統與外部的能耗關系。

電梯設備能耗模塊按照耗能部件的組成及其工作特性劃分。

曳引系統能耗模塊主要包括：轎廂及其對重、補償電纜、鋼絲繩、導靴等。建模主要考慮轎廂負載所受的阻力及電梯運動狀態之間的關系。

驅動系統能耗模塊主要包括：電機調速方式和曳引機類型，建模主要考慮輸出力矩和轉速與驅動系統之間的關系。

門機系統能耗模塊主要根據不同的驅動系統及其工作方式， 建模得到門機系統單次開關門能耗。

控制顯示能耗模塊主要是指整個控制系統的電子模塊的能耗。其具體涵蓋：顯示方式、層站數、變頻器建模時需要根據實際情況進行測量其能耗。

其它系統能耗模塊主要依據具體通風空調以及照明的情況，測量實際值。經過長期總結的經驗，曳引系統和驅動系統是能耗建模的主要部分。

1.2 電梯運行環境

為了分析每臺電梯的能耗對每臺電梯進行建模分析就需要知道整個電梯的樓層數，建筑物的總高度，客流量，載荷情況、都會對電梯能耗大小造成影響。轎廂運行速度，曳引系統、勢能變化的效率情況組成電梯速度模塊，再根據電梯速度模塊進行分析，得出電梯能耗情況。

2 曳引式電梯的節能分析

結合上述電梯運行環境的影響因素的分析，結合曳引式電梯的實際情況，為了更好的分析節能情況，測量節能效果，最終達到節能的目的。主要從以下幾個系統入手。

①對于驅動系統，主要結合模型采用變頻調速方法選擇高效電機，達到驅動系統節能目的。從曳引系統來看，主要減少電梯重量策略，進而提升滑輪組傳動效率，達到節能效果。而在門機系統，則要選取電機驅動門機。其他則可以選擇節能照明、節能顯示、節能待機等方式，達到節能的目的。

②電梯系統運行。主要采用智能群控技術，對電梯調試。對不同的電梯則采用，綜合控制的方式，對成本進行管控。定期進行維護保養以減少因為運行過程中出現故障而產生的能耗增加。

③建筑和電梯的匹配問題。要根據建筑的具體情況，選取合適的電梯型號，切記避免型號不匹配的問題，可以達到降低能耗損失的目的。

3 電梯能耗的實際驗證

為了更好的對電梯的進行節能分析，本實驗選取電梯載荷為0%，20%，40%，50%，80%，100%，的條件下，分別在有無能量回饋裝置的情況下進行理論與實際能耗的對比，以及誤差分析。如下表1。

δ=△/Lx100%。其中：

δ-相對誤差

△-|實際值-計算值|

L-計算值

從上表分析可得，有無能量回饋驅動系統的電梯，其測量的實驗值與計算值的載荷在100%的情況下相對誤差最小，可能由于曳引系統參數值的微小變化帶來的誤差，占整個能耗的比重較大，仿真能耗誤差也較大。

當電梯在平衡載荷附近時，其平衡點附近，曳引系統參數值的微小變化帶來的誤差，占整個能耗的比重較大。當電梯曳引機處于發電狀態，系統能耗制動，此能耗的誤差主要在電梯啟停瞬間。由于當時電梯在開關門、低速爬行、部分元器件等瞬間動作。以上電梯能耗仿真結果誤差均在范圍之內，表明該臺電梯能耗模型的測量準確。

4 結語

近些年來監管部門對電梯能耗方面監督力度在不斷增強，在這樣的大背景下，對電梯能耗建模進行了研究。從各個系統對曳引電梯進行了能耗建模和運行環境進行分析，對驅動系統、電梯系統的運行以及匹配方面進行了節能分析，并進行了曳引電梯的實際驗證。最終得出了結論。希望能給相關人員提供幫助。

參考文獻：

[1]馬海霞，李中興，劉英杰等.曳引式電梯節能檢測方法及裝置研究[J].科學技術與工程，2016，16（32）：247-250.

[2]姜銘實.高速群控電梯系統的能耗計算與分析[D].濟南：山東建筑大學，2015：32-33.

[3]孫立新，陳志溪，葉志剛，余至林.電梯能源效率評價與檢測技術研究[Z].中國特種設備檢驗協會，2008.

[4]朱昌明，洪致育，張惠僑.電梯與自動扶梯-原理、結構、安裝、測試[M].上海：上海交通大學出版社，1995.

[5]龔世纓，葛少成，唐少農.電梯理想速度曲線的理論分析及實現方法[J].電力電子技術，1996，30（1）18-20.

[6]劉宏鑫，毛新建.提高電梯運行舒適感的有效途徑[J].中國電梯，2003（21）34-36.