“回饋型”節(jié)能電梯的工作原理淺析

寧　東

摘要:由目前的主要電力能源大多數(shù)都是不可再生能源,深入開展節(jié)能工作,不僅是緩解能源約束矛盾、保障國家經(jīng)濟(jì)安全的重要措施,而且也是提高經(jīng)濟(jì)增長質(zhì)量和效益的重要途徑。

關(guān)鍵詞:節(jié)能 能量回饋 變頻調(diào)速

中圖分類號:TEO文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A文章編號:1006-8937(2009)03-0115-01

城市里的電梯現(xiàn)在越來越多,在對酒店,寫字樓等的用電情況調(diào)查中,電梯的用電量僅次于空調(diào)用電量,遠(yuǎn)高于照明,供水等的用電量。有關(guān)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明,電動機(jī)拖動負(fù)載消耗的電能占總耗電量的70%以上。因此,電機(jī)拖動系統(tǒng)節(jié)約電能具有特別重要的社會意義和經(jīng)濟(jì)效益。

1電梯的節(jié)能效果

電梯現(xiàn)在越來越多,在對賓館、寫字樓等的用電情況調(diào)查統(tǒng)計(jì)中,電梯用電量占總用電量的17%-25%以上,僅次于空調(diào)用電量,高于照明、供水等的用電量。電梯的節(jié)能效果與電梯功率、電梯整個系統(tǒng)、電梯的平衡系統(tǒng)等方面有關(guān),以下幾類情況節(jié)能效果更好:

①樓層越高的電梯,制動頻繁,節(jié)能越多;

②越新安裝使用的電梯,機(jī)械慣性大,節(jié)能越多;

③使用時(shí)間越久的電梯,摩擦力大,節(jié)能越多;

④速度越快的電梯,制動頻繁,節(jié)能越多;

⑤使用越頻繁的電梯,制動頻繁,節(jié)能越多。

2電機(jī)拖動系統(tǒng)節(jié)約電能的途徑主要有兩大類

一類是提高電機(jī)拖動系統(tǒng)的運(yùn)行效率,如風(fēng)機(jī)、水泵調(diào)速是以提高負(fù)載運(yùn)行效率為目標(biāo)的節(jié)能措施,再如電梯曳引機(jī)采用變頻器調(diào)速取代異步電動機(jī)調(diào)壓調(diào)速是以提高電動機(jī)運(yùn)行效率為目標(biāo)的節(jié)能措施。

二類是將運(yùn)動中負(fù)載上的機(jī)械能通過能量回饋器變換成電能并回送給交流電網(wǎng),供附近其它用電設(shè)備使用,使電機(jī)拖動系統(tǒng)在單位時(shí)間消耗電網(wǎng)電能下降,從而達(dá)到節(jié)約電能的目的。有源能量回饋器即屬于第二類節(jié)約電能的典型裝置。

3“回饋型”節(jié)能電梯的節(jié)能原理

采用變頻調(diào)速的電梯啟動運(yùn)行達(dá)到最高運(yùn)行速度后具有最大的機(jī)械功能,電梯達(dá)到目標(biāo)層前要逐步減速直到電梯停止運(yùn)動為止,這一過程是電梯曳引機(jī)釋放機(jī)械功能量的過程。此外,升降電梯還是一個位能性負(fù)載,為了均勻拖動負(fù)載,電梯由曳引機(jī)拖動的負(fù)載是由載客轎廂和對重平衡塊組成,只有當(dāng)轎廂載重量約為50%時(shí),轎廂和對重平衡塊才相互平衡,否則,轎廂和對重平衡塊就會有質(zhì)量差,使電梯運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生機(jī)械位能。

電梯運(yùn)行中多余的機(jī)械能通過電動機(jī)和變頻器轉(zhuǎn)換成直流電能儲存在變頻器直流回路中的電容中,此時(shí)電容就好比是一個小水庫,回送到電容中的電能越多,電容電壓就越高,,如不及時(shí)釋放電容器儲存的電能,就會產(chǎn)生過壓故障,使變頻器停止工作,電梯無法正常運(yùn)行。目前變頻器泄放大電容中電量的方法是,采用制動單元和外加大功率電阻,將大電容中電量消耗到外加大功率電阻上白白浪費(fèi)掉。有源能量回饋器則可以將大電容中儲存的電量無消耗地回收再利用。從而既達(dá)到節(jié)電目的,又無耗電發(fā)熱大功率電阻。大大改善了系統(tǒng)的運(yùn)行環(huán)境。

電梯的梯速越快,樓層越高,機(jī)械傳動消耗越小,則可以回饋的能量越多,最多回饋電量可達(dá)電梯總消耗量的46%,即節(jié)電率達(dá)46%之高。

4節(jié)能電梯的關(guān)鍵裝置——有源能量回饋器

目前,中國使用的電梯中只有3%左右的超高速電梯由于要達(dá)到快速制動的要求,自身已采用能量回饋控制系統(tǒng),并且只有從國外純進(jìn)口的電梯才有能量回饋功能。只要在國內(nèi)生產(chǎn)的電梯,則100%都沒有采用能量回饋技術(shù)。電梯要節(jié)電,核心是如何將處于發(fā)電制動狀態(tài)電動機(jī)輸出的電能利用起來。能量回饋器的作用就是能有效的將電容中儲存的電能回送給交流電網(wǎng)供周邊其它用電設(shè)備使用,節(jié)電效果十分明顯,一般節(jié)電率可達(dá)21%-46%。此外,由于無電阻發(fā)熱元件,機(jī)房溫度下降,可以節(jié)省機(jī)房空調(diào)的耗電量,在許多場合,節(jié)約空調(diào)耗電量往往帶來更大的節(jié)電效果。

有源能量回饋器的主電路由IGBT、智能模塊IPM、隔離二極管D1、D2、濾波電感、電容等元件組成。IPM模塊是主電路中的核心元件,它將直流電能逆變?yōu)榕c交流電網(wǎng)同步的三相電流回送電網(wǎng)。其完善的保護(hù)功能,保證了有源能量回饋器的安全可*運(yùn)行。二極管D1、D2可防止有源能量回饋器反送電能給變頻器,確保系統(tǒng)安全運(yùn)行。電感L1---L3、電容C1---C3構(gòu)成高次諧波濾波器,阻止IPM模塊高頻開關(guān)產(chǎn)生的高次諧波電流進(jìn)入電網(wǎng),提高有源能量回饋器的電磁兼容(EMC)性能。

5電梯節(jié)能所產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效應(yīng)和社會作用

經(jīng)測算,根據(jù)電梯曳引機(jī)功率從11kw-30kw不等,每天運(yùn)行10個小時(shí),其中有一半時(shí)間電動機(jī)處于拖動用電狀態(tài),另一半屬于發(fā)電狀態(tài){電梯曳引機(jī)拖動的負(fù)載由載客轎廂和對重平衡塊組成,只有當(dāng)轎廂載重量約為50%(1噸載客電梯乘客為7人左右)時(shí),轎廂和對重平衡塊才相互平衡,否則,轎廂和對重平衡塊就會有質(zhì)量差,使電梯運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生機(jī)械位能};則每臺電梯用電量也不同,每臺電梯每天用電量從50度-150度;按照每臺電梯平均每天用電量約為80度/天計(jì)算,全國58萬臺電梯每天用電約為14億度,每年消耗電量電約為168億度。在加上為了解決機(jī)房高溫的降溫設(shè)備(如空調(diào)、風(fēng)機(jī)等)的消耗電量,全年電梯耗電將達(dá)到300億度。如果采用電梯節(jié)能技術(shù),在全國的賓館、酒店、商用寫字樓、金融大廈、政府機(jī)關(guān)大樓、工廠企業(yè)辦公樓、居民住宅樓等等建筑中的電梯中推廣應(yīng)用,將電梯處于發(fā)電狀態(tài)的電能回饋再生利用,全年電梯消耗電量300億度,按照平均回饋節(jié)電率30%計(jì)算,每年可為全國節(jié)約90億度電量。

通過電梯節(jié)能技術(shù)的采用,不僅緩解國內(nèi)日益增長的電力緊張局勢,隨著每年的電梯數(shù)量、用電價(jià)格逐年增長,那么綜合全國電梯節(jié)能的巨大潛力對社會將是巨大貢獻(xiàn)!

參考文獻(xiàn):

[1] 徐兵,胡東明,孫惠萍,楊華勇.采用閉式油路的節(jié)能液壓電梯研究[J].液壓與氣動,2007.

[2]徐兵,林建杰,楊華勇,LinJianjie.液壓電梯中的能量回收技術(shù)[J].液壓與氣動,2004.

[3]李紹銘.再生能源回饋電網(wǎng)的電力電子技術(shù)方案的研究[J].電子技術(shù)應(yīng)用,2002.

[4] 羅玉濤,俞明,陳炳坤,陳統(tǒng)堅(jiān).電動車制動能量再生反饋控制研究[J].機(jī)床與液壓,2002.

[5] 竇國珍,黃念慈,張志釗,賀明智.帶能量回饋的電動車交流驅(qū)動系統(tǒng)[J].電工技術(shù)雜志, 2003.