論電梯節(jié)能及能量回饋節(jié)能技術(shù)在電梯節(jié)能中的實(shí)踐應(yīng)用

摘要：當(dāng)前，電梯的節(jié)能降耗已經(jīng)引起業(yè)界的高度重視。在電梯節(jié)能的實(shí)踐應(yīng)用中，能量回饋節(jié)能技術(shù)能將電梯運(yùn)動(dòng)過程中產(chǎn)生的機(jī)械能通過能量回饋器轉(zhuǎn)換成電能，然后把這些電能輸送回交流電網(wǎng)供給其他用電設(shè)備來使用，這樣一來電梯使用過程中的節(jié)電效果是相當(dāng)明顯的。

關(guān)鍵詞：電梯節(jié)能；節(jié)能技術(shù)；能量回饋

一、電梯節(jié)能的必要性及現(xiàn)實(shí)意義

隨著城市里的高樓大廈越建越多，電梯的使用也越來越多。有關(guān)統(tǒng)計(jì)表明目前全國電梯已超過100萬臺(tái)，每天約有15.84億人次乘坐電梯。而使用的電梯中只有很少的一部分采用了節(jié)能型電梯。另外10年前安裝的電梯則屬于嚴(yán)重耗電型電梯。通過對(duì)賓館、商用辦公樓、很多機(jī)關(guān)大樓等建筑的用電情況進(jìn)行實(shí)際調(diào)查分析，可以看出電梯的用電量和空調(diào)用電量基本差不多，但是比照明和供水用電要大的多。那么產(chǎn)生這樣大的用電量的原因是什么呢?通過計(jì)算分析，原來在電梯使用過程中，電阻產(chǎn)生的熱量非常之高，溫度通常都可以達(dá)到上百度。但是為了使電梯能正常運(yùn)轉(zhuǎn)工作，不會(huì)因?yàn)闇囟冗^高而出現(xiàn)機(jī)械故障，就需要安裝比較大排風(fēng)量的空調(diào)機(jī)或風(fēng)機(jī)，這些大排風(fēng)量的空調(diào)機(jī)或排風(fēng)機(jī)用電量是非常驚人的。甚至可以說，在有些地方這些用來降溫的設(shè)備所使用的用電量通常都比電梯的用電量都要高很多，可見這樣的能耗是非常驚人的，因此，現(xiàn)實(shí)中電梯節(jié)能就顯得非常有必要了。

二、實(shí)際使用中電梯實(shí)現(xiàn)節(jié)能的工作原理及實(shí)現(xiàn)節(jié)能的可能性分析

電梯在實(shí)際使用中，用電比較大的主要是驅(qū)動(dòng)轎廂上下運(yùn)動(dòng)的電動(dòng)機(jī)部分所消耗的電量，有關(guān)數(shù)據(jù)可以看出，電動(dòng)機(jī)拽電梯轎廂運(yùn)動(dòng)所使用電量占到電梯總用電量的72％左右。所以，擁有并使用高效率節(jié)能型的電機(jī)拖動(dòng)系統(tǒng)是電梯實(shí)際工作中實(shí)現(xiàn)節(jié)能的核心。而電機(jī)拖動(dòng)系統(tǒng)節(jié)約電能的途徑有很多，在這些途徑中有一個(gè)途徑在目前是非常值得研究和應(yīng)用的。這個(gè)途徑就是將電梯運(yùn)動(dòng)過程中的產(chǎn)生的機(jī)械能通過能量回饋器轉(zhuǎn)換成電能，然后把這些電能輸送給交流電網(wǎng)，給電網(wǎng)其他需要用電的設(shè)備使用，從而使電機(jī)拽動(dòng)系統(tǒng)的消耗電網(wǎng)電能明顯下降，也就能實(shí)現(xiàn)電梯實(shí)際工作中節(jié)約用電的目的。通過以上的分析，我們發(fā)現(xiàn)通過這個(gè)途徑實(shí)現(xiàn)電梯節(jié)能是完全可行的。

三、電梯能量回饋節(jié)能技術(shù)

(一)電梯在實(shí)際工作中，電梯的電動(dòng)機(jī)拽動(dòng)轎廂上下運(yùn)動(dòng)的同時(shí)，機(jī)械動(dòng)能就隨之產(chǎn)生了，同時(shí)電動(dòng)機(jī)拽引上下運(yùn)動(dòng)的時(shí)候又具備了位能。當(dāng)電梯的電動(dòng)機(jī)拽動(dòng)減速運(yùn)行的時(shí)候的機(jī)械動(dòng)能將會(huì)隨之釋放出來，而當(dāng)位能負(fù)載下降運(yùn)動(dòng)的時(shí)候，機(jī)械位能也將隨之釋放。因此，在電梯實(shí)際運(yùn)行和工作中，如果能通過某個(gè)方法或途徑把這兩部分機(jī)械能利用起來，把它們轉(zhuǎn)變電能，然后把轉(zhuǎn)換的電能再回收利用，就可以實(shí)現(xiàn)節(jié)約電能地目的。這個(gè)理論和原理就是能量回饋節(jié)能技術(shù)的理論依據(jù)。

(二)當(dāng)前，在使用中的電梯基本都是變頻電梯，當(dāng)變頻電梯啟動(dòng)達(dá)到最高運(yùn)行速度的時(shí)候產(chǎn)生的機(jī)械動(dòng)能也是最大的，而當(dāng)變頻電梯到達(dá)最高層前要逐步減速，而這個(gè)減速的過程就是電梯釋放機(jī)械動(dòng)能的一個(gè)過程。變頻調(diào)速器通過電動(dòng)機(jī)可以將這一運(yùn)動(dòng)過程的機(jī)械能轉(zhuǎn)換成電能存并儲(chǔ)在大電容中。實(shí)際上，輸送回這個(gè)大電容中的電能越多，電容電壓就會(huì)越高，如果不能及時(shí)把電容器儲(chǔ)存的這些電能釋放掉，電梯就可能產(chǎn)生過壓故障，會(huì)直接導(dǎo)致電梯無法正常工作運(yùn)行。而如果在電梯運(yùn)行過程中，合理使用電梯回饋節(jié)能裝置的話，就可以有效地將電容中儲(chǔ)存的直流電能輕易地轉(zhuǎn)換成交流電能并且及時(shí)輸送電網(wǎng)。這樣就實(shí)現(xiàn)了節(jié)電目的，還可以去掉無耗電發(fā)熱大功率電阻的使用，會(huì)極大地改善電梯系統(tǒng)的運(yùn)行，并且避免了因使用能耗電阻而造成的系統(tǒng)效率低、環(huán)境溫度過高等缺點(diǎn)。

(三)回饋節(jié)能技術(shù)也存在一些不足。首先，電梯能量回饋技術(shù)對(duì)電梯使用場(chǎng)合有要求。一般來說，電梯額定速度越快、額定載重量越大、提升高度越高，節(jié)能效果越顯著。相反，梯速越慢、額載越輕、提升高度越低，節(jié)能效果則不明顯。其次，能量回饋裝置節(jié)電效果雖然明顯，但不易量化。最后，能量回饋裝置采用變頻器作為逆變環(huán)節(jié)，即使有電抗器、電容器、去噪等濾波環(huán)節(jié)，即使用雙PwM脈寬調(diào)制，其波形也不免有些畸變，目前回饋的能量中，其電流諧波畸變約在5％～7％之間。這些高次諧波對(duì)市電、對(duì)電網(wǎng)及其用電設(shè)備都有不可忽視的影響，從而產(chǎn)生對(duì)電源、環(huán)境的污染，電磁干擾。

四、能量回饋節(jié)能技術(shù)在電梯節(jié)能中的實(shí)踐應(yīng)用

能量回饋節(jié)能技術(shù)在電梯節(jié)能中的實(shí)踐應(yīng)用主要是根據(jù)這一技術(shù)制造并使用能量回饋器。能量回饋器的主電路由高智能模塊IPM、IGBT、隔離二極管Dl、D2、濾波電感、電容等電子元件組成。IPM模塊是最為關(guān)鍵的部分，它能有效地把直流電能逆變?yōu)榕c交流電網(wǎng)同步的三相電流并且回送電網(wǎng)。二極管Dl、D2是確保電梯節(jié)能系統(tǒng)安全運(yùn)行的必須元件。電感L——L3、電容c1——C3組成了高次諧波濾波器，可以有效地阻止IPM元件產(chǎn)生的高次諧波電流進(jìn)入電網(wǎng)，通過這可以提高能量回饋器的電磁兼容性能。另外，由單片微機(jī)、可編程邏輯芯片、外圍信號(hào)采樣器構(gòu)成的控制電路，可以有序的控制IPM在PWM狀態(tài)下工作，保證直流電能及時(shí)的回饋并且順利實(shí)現(xiàn)再生利用。

(一)IPC—PF系列電梯回饋制動(dòng)單元IPC-PF系列電梯回饋制動(dòng)單元是采用加拿大技術(shù)生產(chǎn)制造的電梯專用高性能回饋式制動(dòng)單元。如果升降電梯能使用電梯回饋制動(dòng)單元，就可以順利地實(shí)現(xiàn)將電容中儲(chǔ)存的直流電能轉(zhuǎn)換成交流電能回送到電網(wǎng)，節(jié)電率達(dá)30％—40％。還有，因?yàn)闊o電阻發(fā)熱元件的原因，降低了機(jī)房的環(huán)境溫度，同時(shí)也改善了電梯控制系統(tǒng)的運(yùn)行溫度，使控制系統(tǒng)不再死機(jī)，延長電梯使用壽命。機(jī)房可以不再使用空調(diào)等散熱設(shè)備，可以節(jié)省機(jī)房空調(diào)和散熱設(shè)備的耗電量，節(jié)能環(huán)保，使電梯更省電。IPC—pF系列電梯回饋制動(dòng)單元采用DSP中央處理器，速率高、精度高、穩(wěn)定性能好、抗干擾能力強(qiáng)；采用自診斷技術(shù)確保輸出電壓精確，防止電流回送，使變頻器不受任何影響。在頻繁制動(dòng)的場(chǎng)合，節(jié)電更明顯；真正實(shí)現(xiàn)了變頻調(diào)速系統(tǒng)的四象限運(yùn)行。

(二)OTT—LHZ有源能量回饋器。OTT歐德科技研制的OTT-LHz有源能量回饋器，直接采用了電梯能量回饋節(jié)能技術(shù)研制而成的，該回饋器因?yàn)闆]有使用高消耗的電阻，所以電阻發(fā)熱源就可以忽略不計(jì)了。另外，就是因?yàn)闆]有這個(gè)電阻的原因，電梯機(jī)房溫度就不會(huì)太高，這樣就極大地減少了電梯出現(xiàn)故障的可能性，電梯的使用壽命也能得到延長，同時(shí)也很好的降低了機(jī)房降溫設(shè)備的用電量。通過此途徑，可以實(shí)現(xiàn)節(jié)電25％—50％。當(dāng)然，大功率、高樓層、頻繁使用的情況下，節(jié)能效果就會(huì)越是明顯。OTT-LHZ新型能量回饋器有一個(gè)非常突出的特點(diǎn)，就是具有了電壓自適應(yīng)控制回饋功能。在實(shí)際使用中，這個(gè)功能非常有使用價(jià)值，因?yàn)楫?dāng)電網(wǎng)電壓波動(dòng)比較大的時(shí)候，電梯工作也會(huì)照常。另外，只有當(dāng)電梯機(jī)械能轉(zhuǎn)換成電能送入直流回路電容中時(shí)，新型能量回饋器才及時(shí)將電容中的儲(chǔ)能回送電網(wǎng)，有效解決了原有能量回饋的不足?？勺畲笙薅鹊匾种乞?qū)動(dòng)電梯的變頻器對(duì)電網(wǎng)的諧波干擾，凈化電網(wǎng)環(huán)境。OTT—LHZ新型能量回饋器明顯優(yōu)于高能耗電阻式制動(dòng)單元裝置，改善了機(jī)房環(huán)境，減少了高溫對(duì)控制系統(tǒng)等部件的不良影響，延長了電梯設(shè)備的使用壽命。

參考變獻(xiàn)

1張琦，張廣明，諸小鵬現(xiàn)代電梯構(gòu)造與使用M,北京：清華大學(xué)出版社2004

2李惠，電梯控制技術(shù)M，北京：機(jī)械工業(yè)出版社,2003

[3]李剛，沈大威，變頻調(diào)速技術(shù)在電梯改造中的應(yīng)用，節(jié)能技術(shù)2003,120(4)：39-401

作者簡介：

王錦坤(1981-)，男，廣東廣州人，工程學(xué)士，廣州富菱達(dá)電梯有限公司生產(chǎn)部部長