迅达（中国）电梯有限公司佛山分公司
摘 要：电梯是现代高层建筑的重要运输工具，不但提供了快捷方式，还能降低能源的消耗。而早期安装的高速电梯其交流技术不够先进，存在能源消耗量大、运行噪声较多的问题。如今，在绿色可持续发展的现代电气技术理念下，高速电梯需要达到绿色节能的目标，必须要完成节能降耗的优化。本文以电梯的能源消耗情况开始分析，探讨了高速电梯增加电力能源回馈的改造方式。
关键词：高层建筑；高速电梯；电能回馈系统；节能改造
Energy saving reconstruction of high speed elevator in high rise building
Luo Zhenquan
Schindler (China) Elevator Co., Ltd. Foshan branch
Abstract: Elevator is an important means of transportation for modern high-rise buildings, Not only provides shortcuts, It also reduces energy consumption. And the early installation of high-speed elevators, its communication technology is not advanced enough, There are many problems such as large energy consumption and running noise. Nowadays, Under the concept of green and sustainable development of modern electrical technology, High speed elevator needs to achieve the goal of green energy saving, The optimization of energy saving should be completed. In this paper, the energy consumption of elevator is analyzed, The way to increase power supply feedback of high-speed elevator is discussed.
Keywords: High rise building; High-speed elevator; Power feedback system; Energy-saving reconstruction
前言
现代生活中对于电梯的使用量越来越多，电梯的能耗也随之不断的增加。相关调查研究显示，电梯的用电量仅仅排在空调之后，远远超过了照明系统、供水系统的用电量。在高层建筑中，所使用的高速电梯大多数都是变频调速电梯，变频调速的电梯一般都是采用电梯机组中的电容存储电能的方法来进行节能的控制。在对电阻进行调节的时候，所消耗的能量较大，而且会释放出大量的热，使得电梯控制柜通常都具有较高的温度。现阶段，业界对于高速电梯的节能给予了高度的重视，积极推动有效节能技术的实施，倡导电梯的规范使用，并加大宣传的力度，这将在很大程度上改变我国高速电梯当前的耗能情况，给节能减排做出较大的贡献。
一、电梯能耗分析
电梯所消耗的电能都是电网通过整流器、母线电容以及逆变器等传输到电动机的。从理论角度来看，电梯一半的时间都处于发电过程中，所浪费的电能也占到了总电能的40%左右，这不是一个小的比例数。当电机是在发电的状态时，也就是说电梯是非平衡的上下运动或者是减速到站时，能量就会累积到母线电容上，出现泵升电压，如果没有将这一部分的能量及时的消耗掉，就会造成过压故障，对电梯控制系统的安全性造成威胁。
升降电梯属于一个位能性负载，通常来说，当轿厢的载重量达到额定载重量的一半时，对重侧与轿厢侧才是平衡的，如果对重一侧的重量比轿厢一侧的重量大，或者是轿厢一侧的重量大于对重一侧的重量，那么两者的平衡就不存在，设备的状态也会出现改变，电梯在一些运行状态下，如果势能出现增加，则电梯的牵引设备开始做工消耗电能，这个时候就处于电动运行状态，由曳引系统中的电动机把电能转变为势能；如果势能出现减少，电梯的轿厢和配重就会由牵引钢绳拖动曳引系统中的电动机发电，把势能转变为电能，这时，就处于发电状态，电梯在运行过程中所产生的多余机械能，包括动能、位能，其会通过电动机以及变频器而转变为直流电能储存在变频器直流回路的电容当中，电容所储存的电能越多，电压也就越高，这时如果没有及时对电容中储存的电能进行释放，就会出现过压故障，导致变频器停止运行，电梯也就不能处于正常的工作状态。所以，必须要释放掉电机所发出的电能，当前的电梯中，均会在电梯控制的顶部，设置一个能耗制动电阻箱，用于消耗电梯在工作状态下所产出的电能，并为电梯的运行提供足够的制动力矩。正是如此，电梯产生的大量电能都浪费在了能耗电阻箱上，导致能量的浪费，而且由于电阻发热造成电梯机房温度上升，而为了机房具有良好的散热效果，只能增设空调等散热设备，增加了设备成本以及电费资金。
现阶段，除进口电梯之外，市面上所有的电梯在对这部分能量进行处理时，采用的是增加制动单元、制动电阻，让其消耗在电阻上转变为热能浪费掉。电梯的制动频繁，或者是长时间处于非平衡状态上下行，就会造成严重的能量浪费，同时会造成电阻发热，引起环境温度的上升。因为电梯的特殊性，其由电阻产生的热量非常高。电阻的局部温度平均超过100℃，要想让机房处于常温，避免电梯由于高温而出现故障，就必须安装排风量较大的风机或者是空调，如此，不单单是严重浪费了电梯能量，也增加了耗电量。
二、加装电能回馈装置节能
将再生的电能直接消耗在发热电阻上的节能方案，并不是非常科学的手段。电力电子技术的不断发展，逆变技术的出现能够对这部分能量进行合理的处理。采取一种合适的控制方法，将这一部分的能量反送到电网，从而给其它的设备使用，从目前情况来看，这是一种较为科学的手段。
1、改造原则和方向
改造应该将重点放在对安全的保障和舒适度上，并且要尽可能确保运行效率高，减少电量的损耗。改造原则为：不改变使用效果，也就是说不能影响电梯的正常运行；电能不被浪费，可以再利用；室温低，可以在天气炎热时不开空调，或者是空调的温度不用开到很低；经过改造的系统要方便使用、维护。
2、工作原理
变频调速的电梯属于一个大惯量的位能式负载，电梯曳引机拖动的负载是由轿厢和配重块组成的，由能量守恒定律可知，电梯为轻载上行以及重载下行时，电梯产生的多余的机械能转化为电能，并在电梯变频器直流母线的电容中储存，回送到电容中电能越多，直流母线的电压就越高，对变频器的直流母线电压进行自动检测，通过正弦波电流跟踪技术，将变频器直流环节的电能转变为与电网电源同频同相位的一个交流正弦波，将电能反回到电网，再次利用，实现能量的回馈，同时达到单位功率因数回馈，有效的节约了电能。
具体的工作原理为：由直流母线电压智能检测电路对电压进行实时的监测，确定是否回馈；如果出现比预设值高的情况，就要将设备通过接触器控制连接到三相电网，反之设备不会连接到电网；通过电网相位检测的部分来获取电网的相位；通过单片机组成的数字处理单元，根据所获得的各相电网相位以及实时的直流母线电压值，出现脉宽调制波形，推动逆变桥，达到只能逆变；通过平滑滤波之后，再生的纯净电力被输送到电网。
三、节能案例分析
利用KYF电梯电能的回馈装置，对电梯的运行过程中产生的电能做出回收进行再次利用。产生的电能会经过KYF不断的被输送到电网，可以用于照明或者空调。同时，制动电阻不会继续发热，空调也可以关闭，不会有电能被浪费。KYF的内部母线，由DC+和DC-这两个端子接在电梯变频器的直流母线上，并在回路当中，串连了快熔保险以及防止出现反向流动的二极管，保障安全。该装置整体只有五条对外的接线，两条用于从电梯变频器获取直流电，三条连接供电电网。该装置没有一处与电梯的控制线路完全关联，不会造成影响（如图1所示）。
能量回馈装置可以将电容中保存的电能通过反馈的方式输送到交流电力网络中，重新提供给电气系统使用，对电能的优化节约效果得到了广泛的认可。其优点包括：和电梯的安全回路以及控制回路等均不存在任何关联，不会有影响；具备国家电梯质量监督检验中心的权威认证；具有高效的电能回馈，回馈效率率超过97%；节能的效果显著，能够使电梯节省电能25%~45%；能够使电梯机房的温度降低，减少对空调的使用，在很大程度上节省了电能；不会对电网产生污染，输出电流的畸变率在5%以下，对电网和其它设备无影响；全自动对电网相序和电压进行识别。所以在已经投入使用的电梯中增加能量回馈装置，可以有效完成绿色节能的优化目标。
通常情况下，能量回馈装置是以变频设备中直流回路的电压量完成电能回馈的判定，回馈电压的标准是固定的。而交流电网中的电压不是稳定的状态，所以回馈电压的值设定过小，在电网中电压较高的情况下可能出现误回馈的情况；回馈电压的值设定过大，电能回馈的效果则有可能达不到节能的要求。
当前新研究的电能回馈设备的控制方式均为电压自适应方式，也就是说不管电网中电压是否存在波动，仅仅在电气机械能量转化为电能为直流回路电容供能的情况下，设备才会将电容中储备的电能向电网输送。这样可以有效避免固定回馈电压中存在的问题，还可以提供较为完善的保护以及拓展供能，不但可以在已投入使用电梯的能源优化中使用，还可以应用于新安装电梯的控制柜中。新安装电梯的控制系统增加新型电能回馈设备，能够有效节约电梯系统的用电，还能够稳定电流的输入并保证供能质量，可以有效提高电位兼容的标准。
四、结语
电梯是高层建筑不可缺少的部分，虽然我国的电梯节能工作已经发展多年，进步很大，但是与发达国家相比还存在一定的差距，必须大力推广电梯节能技术，实现节约能源的绿色环保理念。当前环境下，在我国建筑项目中节能电梯的使用比例较低，需要在不断改进电梯绿色节能的技术方法基础上，不断普及电梯节能技术，保证建筑电气系统的能量优化，实现建筑能耗向绿色可持续化的方向发展。
参考文献：
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[2] 刘志刚,骆云峰.电梯能量回馈技术的研究与测试[J].中国科技财富．2009，（16）：49
[3]谢振明.电梯节能技术推广应用[J].宁波节能，2010，（2）
论文作者:罗振权
论文发表刊物:《防护工程》2017年第13期
论文发表时间:2017/11/10
标签：电梯论文; 电能论文; 电网论文; 电压论文; 能量论文; 节能论文; 母线论文; 《防护工程》2017年第13期论文;