摘要：电梯能量回馈装置是一种新型的，高效的电梯节能技术，但节电效果却因为复杂工况而不尽相同。通过分析能量回馈技术的原理，主要研究电梯曳引驱动方式、提升高度及电梯速度三种因素对节电率的影响，并且在不同工况现场进行实际测量，以确定影响节电率高低的关键性因素，进一步推动电梯能量回馈技术的发展。
关键词：电梯；节能降耗；途径
引言
电梯作为一种高耗能设备，从发明至今，电梯节能始终伴贯穿于电梯技术的发展中，由交流异步机到永磁同步机，由交流单速到变频调速，技术的更新带来电梯能耗的降低。但是几年前投入使用的电梯，依然存在着高耗能的情况，而在温度偏高的广东地区，为降低机房温度，保证电梯正常运行，电梯机房安装降温空调，无形中又进一步加大电梯系统的整体耗能。《特种设备法》规定，“特种设备生产、经营、使用单位应当遵守本法和其他有关法律、法规，建立、健全特种设备安全和节能责任制度，加强特种设备安全和节能管理，确保特种设备生产、经营、使用安全，符合节能要求。”
1、电梯能量回馈装置的工作原理
电梯可以看作是通过钢丝绳两端分别连接着轿厢和对重组成的一个平衡系统，根据《特种设备安全技术规范TSGT7001-2009》中规定电梯平衡系数应保持在0.4至0.5之间，也就是说当轿箱内放置额定载重的近一半重量时，对重侧的配重重量与轿厢重量相等，才能形成系统的平衡状态，下面我们将轿厢装载少于一半载重的情况称为轻载，而装载超过一半载重时称为重载。在电梯传动系统中，电梯相当于是进行电能与重力势能之间的转换，曳引机主要进行主动做功和被动做功两种过程，主动做功为曳引机消耗电能来增加负载的重力势能，既电梯进行轻载下行和重载荷上行时的工作状态。而被动做功是电梯处于重载下行和轻载上行工作状态，负载在万有引力的作用下，使得电机的实际转速大于变频器输出的同步转速，此时重力势能转化为电能，电机处于发电状态，而变频器中的整流二极管的单向导通性，使再生电能储存在变频器的直流母线侧的滤波电容中。这就是能量回馈系统中能量的来源。能量回馈系统的工作原理是能够把变频器直流侧储存在电容中的直流电利用逆变技术转化为交流电，再反馈回电网侧，其系统主回路图如1所示，主要由单向二极管，串联电感、三相IGBT全桥、滤波电容等其他电路组成。能量回馈装置的输入端与变频器的直流母线侧相连，内置了扼流电抗器用来消除其他电器设备与电网设备之间的干扰。以减小对电网电压的影响。本文选用的能量回馈装置能够独立安装于电梯变频器与电网之间，方便进行电梯节电率测试。
图1
2、导轨油耗量的季节性问题及其他问题
导轨油耗油量是分季节性的，夏天温度高，油的温度也跟着升高，油的温度高了，那么粘稠度相对冬天就偏低，油杯当中的油毡吸油特别多，因而夏天就特别耗费油杯中的润滑油。冬天气温低，油的温度也跟着降低，因而油粘稠度很高，比较节省油。对于油的耗费量，油的稀稠度是主要原因之一。同时，冬天油比较浓，油温低，电梯运行起来可能因为油粘造成导靴与导轨摩擦力增大，电梯运行起来有杂音，且舒适感差。夏天油比较稀，油温高，有的时候油毡接触不到导轨的话，油基本不走导轨，就流光了；并且油的耗油量特别大，几乎几天一加油。跟不上加油那么电梯运行当中就有特别大的声音，这是因为缺油造成的。所以夏天可选用比较稠的油。另外，电梯在其行程范围内时，无需每次运行的时候油杯中的油通过油毡给导轨润滑，实际上一定时间范围内仅需润滑数次即可，这就要根据实际情况而定，譬如季节、电梯使用频率、电梯使用环境等因素。
3、节能分析
为分析加装能量回馈装置的应用效果，采用美国Fluke公司生产的1738三相功率计，可以同时测量记录电压有效值、电流有效值、电压和电流THD、有功功率、无功功率、功率因数等，分析软件采用自带的EnergyAnalyze。考虑到电梯轿厢照明等电梯附加装置是固定耗电量，因此在测量有功功率时，测试点选在主开关之后，如图2所示。
图2 电能质量分析仪测试点
为了直观反映能量反馈的情况，对一台空载电梯，上下全程运行几次，采用Fluke1738测量仪实时观测能耗情况，如图3所示，可以直观看出电梯的发电和电动情况，其中上半轴表示电动机正在耗电，下半轴表示电动机正在发电并回馈电能。没有加装能量回馈装置的能耗图如图4所示，因没有能量回馈，整个耗能全部在上半轴。
图3 有能量反馈
图4 无能量反馈
对比加装能量回馈装置的电梯耗能与普通电梯的差别，先同步测量出固定周期内的累积耗能，然后将所有电梯的能耗换算成日均能耗进行比较，经过对多台电梯分析发现，加装能量回馈装置普遍可以节电约15%~45%，而影响电梯节电效率的因素有如下：（1）电梯的使用频率：频繁使用，人流量大的电梯，节电效率越高，而一些矮层的住宅梯，节电率不高。因此，能量回馈装置装在人流量大的商业楼节电效果非常明显，应大力推广应用，有些公司如日立已经开始在高层写字楼推广带能量回馈装置的电梯。（2）电梯的功率：电梯的额定功率越大，速度越快，载重越大的电梯，节电效果越好，而符合这些要求的电梯通常也是存在于商业楼，因此在高层商业楼使用能量回馈装置的电梯，节电率大，节电效果更明显。
4、现场实验及数据研究
4.1 实验样本的选取
因为电梯的应用环境及品牌种类的丰富多样性，本文主要对电梯的额定载重、提升高度、曳引驱动方式三个影响因素进行实验样本的选取，尽量排除其他影响因素。额定载重量选取630kg～825kg和1350kg～1600kg两组形成对照；提升高度分为30m～50m和60m～80m两组；曳引驱动方式为蜗轮蜗杆驱动和永磁同步驱动两类。最后选取了16台不同工况进行的电梯测试。利用上述能效测试方法，使用电梯能效测试仪对每台电梯按上述负载顺序分别进行有能量回馈装置和无能量回馈装置的实验，每台电梯记录数据以表1所示形式进行统计。
表1
4.2 数据分析
通过16台不同载荷、不同提升高度、不同曳引驱动方式的电梯进行能效测试，结果如表2所示。并对其实验数据进行分析，总平均节电率达到了22.71%，证明了应用能量回馈装置的具有显著的节能效果。
表2
通过分析对比，最大平均节电率与最小平均节电率相差21.12%，可见能量回馈装置的节能效果受复杂工况的影响较大，进一步归纳总结：a.在其他因素一定的情况下，电梯额定载重量大的比额定载重小的，能量回馈的节电率平均提高3.45%。b.提升高度较高的平均节电率相比提升高度低的平均节电率高出5.51%。c.而只对比曳引驱动方式，最大平均节电率差为11.20%。从此可见，永磁同步驱动方式对于能量回馈的节电率有显著的提升，使节能效果有明显改善。
参考文献：
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论文作者:冯明安
论文发表刊物:《基层建设》2019年第11期
论文发表时间:2019/7/30
标签：电梯论文; 能量论文; 装置论文; 导轨论文; 电能论文; 所示论文; 载重论文; 《基层建设》2019年第11期论文;