電梯節能技術綜述

朱猛

【摘?要】伴隨著經濟持續快速增長，我國的能源與環境問題也日漸突出，電梯系統節能已是當前國際社會共同關注的話題。針對電梯的耗能情況，從電梯的曳引系統、驅動系統和派梯管理三個方面綜述了電梯系統的節能分析方法和主要的節能技術，并在此基礎上對電梯節能進行了展望。

[abstract] with the sustained and rapid economic growth，the problems of energy and environment in China have become increasingly prominent，and the energy saving of elevator system has become a topic of common concern to the international community.

【關鍵詞】節能技術;曳引系統;驅動控制;派梯管理

節能是擺在人類面前的共同任務，能源問題已經被提到前所未有的高度。我國是一個耗能大國，更把節能作為頭等大事來抓。據有關調查顯示，我國建筑物的能源約占全國總能耗的28%左右，是能耗的主力軍。電梯的用電量僅次于空調，遠高于照明、供水等的用電量，電梯的能耗已經引起業界高度重視，社會對于電梯能耗的關注程度也在與日俱增，降低電梯的能耗、節約能源對于國民經濟具有非常重要的現實意義。

1 電梯曳引機的節能

如果說控制柜是電梯的大腦，那么曳引機就是電梯的心臟，直接影響著電梯的節能效率。作為電梯的核心部件，曳引機技術經過了蝸輪蝸桿傳動曳引機、行星齒輪和斜齒輪傳動曳引機、無齒輪傳動曳引機三個發展階段。永磁同步電機以其體積小，結構簡單，可靠性高及高效節能等優點成為當前電梯曳引機的首選。通過采用無齒輪曳引技術，由永磁同步電機直接驅動，省卻了傳統的蝸輪蝸桿減速齒輪箱，大大提高了系統的傳動效率（約20%～30%）。雖然永磁同步電機（PMSM）較一般異步電機有較高的運行效率，但仍存在節能空間，特別是在低負載率和寬范圍變速運行時。從PMSM 損耗模型出發，忽略阻尼繞組時，永磁同步電機的損耗包含鐵損耗、銅損耗和機械損耗。

2 電梯驅動控制系統的節能

電梯技術中，驅動系統是典型的運動控制系統，它控制電梯的起動、加速、穩速運行以及減速等運動方式。電梯驅動系統采用成熟的變頻調速技術早已成為當今改善電梯驅動控制性能、提高電梯運行質量的主要途徑。變頻調速技術淘汰了各類交流雙速驅動系統、取代了直流無齒輪驅動，不僅使電梯的運行性能優越，同時也有效節約了能源、降低了損耗。如何來進一步挖掘電梯變頻調速系統節能潛力以及進一步提高驅動系統的應用效率問題已成為電梯驅動特性應用研究的一個重要課題。

2.1 變頻器再生能量回饋方式

電梯屬于位能負載，要求頻繁的起停，隨著載客量多少的變化、上下行的變換，要求電動機四象限運行。一般能量回饋器都是根據變頻器母線兩端的電壓UPN的大小來決定是否回饋電能，回饋電壓采用固定值UHK。在制動狀態時，電動機再生能量向中間直流環節電容進行充電，當電容的電壓超過設定值UHK時，逆變器開啟饋電功能，將再生能量逆變后反送電網。由于電網電壓波動，當電壓偏高引起UPN大于UHK，逆變器會產生誤回饋。當電壓偏低時，回饋到直流母線的電壓儲于電容中，該儲能會被電阻提前消耗，使回饋效果明顯下降。新型能量回饋器，采用電壓自適應控制，即無論電網電壓如何波動，只有當電梯機械能轉換成電能送入直流回路電容中時，新型能量回饋器才能及時將電容中的儲能回送電網，有效解決原有能量回饋的缺陷。

2.2 共直流母線的電梯控制系統

目前減少能量回饋次數，減少對電網的影響，在電梯使用頻率較大的地方，一般都是使用2臺或者多臺電梯，這對電梯的節能提供了一種新思路——共直流母線的節能方式，即將梯群的各驅動變頻器中直流部分并聯。共直流母線系統比較鮮明的特點是電動機的電動狀態和發電狀態可以能量互享，即連接在直流母線上的任何一臺電梯重載下降和輕載上升時產生的能量，都通過各自的逆變器反饋到直流母線上，連接在直流母線上的其他電梯就可以充分利用這部分能量，減少了從電力系統中消耗的能量，達到節約能源的目的。

3 電梯群控技術的節能

電梯全速運行時所消耗的電能遠遠低于減速和加速時的電能消耗。電梯停靠的次數越多，所消耗的電能就越多。通過智能派梯系統的最佳（高效）派梯，有效減少電梯系統的停靠次數，提高輸送效率，從而達到節能的目的。電梯群控系統是一個復雜的決策系統，具有多目標性、隨機性和非線性等特點，難以采用精確的數學模型加以描述，因而傳統的控制方法很難提高系統性能。模糊控制技術在解決非線性、不確定性問題上具有很大的優勢。它不需要建立所求解問題的精確數學模型，而是模仿人腦的推理能力，可以使許多復雜問題簡化。

4 展望

縱觀電梯節能技術的研究現狀，國內外眾多電梯行業在尋求更加節能的電梯系統方面進行了大量的研究和實踐，提出了許多具有建設性的新思路，并取得了一些具有實用性意義的成果。但由于電梯控制系統的復雜性及控制要求的不斷提高，關于電梯的節能研究尚有許多問題待深入研究，主要有以下幾個方面：

4.1永磁同步無齒輪曳引機技術的開發和應用，使電梯電機拖動系統的運行效率更高，節能效果更加顯著，但由于永磁同步電機大量投入工業領域的時間尚短，許多現場試用參數尤其是電機的使用壽命尚無定論，因此如何將被控電機作為整個系統的一個研究對象來考慮，使電機的結構更加合理，選用更高性能材料，提高制造工藝水平，減少諧波產生以及如何采用更新進的控制策略進一步提高曳引機及其驅動系統的可靠性和經濟性等等值得我們進一步探討。

4.2能量回饋型節能電梯已有較為成熟的技術，但因其價格因素以及對電網的影響，推廣尚有一定的難度。結合共直流母線方案，減少了整個驅動系統中的能量回饋裝置的重復配置，使系統的結構更為簡單合理、經濟可靠，同時抑制了變頻器輸入端整流部分的工作周期，提高了系統的功率因素，降低了電網側輸入電流的諧波污染，大大地提高了整個梯群系統的節能效應。

4.3隨著科學技術的發展，如何采用新能源（太陽能、風能）驅動電梯，為電梯產業大幅度提高能源利用效率開辟新途徑，對實現電梯運行更加節能環保，更加降低成本提供可能;如何針對電梯控制系統，尋求更加完善的智能型電梯群控調度系統，精確調控減少等候時間、電梯就近停靠、控制減少電梯的運行臺數，從而大大提高運輸效率。保護有限資源、降低能源損耗、減少環境污染關系整個社會的可持續發展。隨著每年的電梯數量、用電量逐年增長，電梯的節能降耗大有可為。

5結語

電梯技術的發展日新月異，人類利用自然資源、結合現代工控電子技術，創造節能環保產品將是未來電梯的發展趨勢。

參考文獻：

[1]宋波.中國建筑能耗現狀及節能策略.建設科技.2008（20）.

[2]許峻峰，馮江華，許建平.考慮損耗模型永磁同步電機直接轉矩控制.電力電子技術，2005（4）.

[3]胡祥蘭，祁春郎.淺談電梯節能.甘肅科技.2008（9）.

[4]黃柏成.共用直流母線的電梯節能控制系統.建筑電氣，2007（7）.

[5]楊禎山，邵誠.電梯群控技術的現狀與發展方向.控制與決策，2005（12）.

（身份證號碼：320925198606145130）