电梯节能原理及措施的技术探讨

　　一类是提高电机拖动系统的运行效率，如风机、水泵调速是以提高负载运行效率为目标的节能措施，再如电梯曳引机采用变频器调速取代异步电动机调压调速是以提高电动机运行效率为目标的节能措施。

　　二类是将运动中负载上的机械能(位能、动能)通过能量回馈器变换成电能(再生电能)并回送给交流电网，供附近其它用电设备使用，使电机拖动系统在单位时间消耗电网电能下降，从而达到节约电能的目的。

　　采用变频调速的电梯启动运行达到最高运行速度后具有最大的机械动能, 电梯到达目标层前要逐步减速直到电梯停止运动为止, 这一过程是电梯曳引机释放机械动能的过程 。

　　升降电梯还是一个势能性负载 。为了均匀拖动负载, 电梯曳引机拖动的负载由载客轿厢和对重平衡块组成,只有当轿厢载重量约为 50%( 1吨载客电梯乘客为 7人左右) 时 ,轿厢和对重平衡块才相互平衡 ,否则,轿厢和对重平衡块就会有质量差, 使电梯运行时产生机械势能 ( 电梯重载下行和轻载上行)

　　二、电梯节能措施及建议

　　电梯技术中，驱动系统是典型的运动控制系统，它控制电梯的起动、加速、稳速运行以及减速等运动方式。电梯驱动系统采用成熟的变频调速技术早已成为当今改善电梯驱动控制性能、提高电梯运行质量的主要途径。 变频调速技术淘汰了各类交流双速驱动系统、取代了直流无齿轮驱动，不仅使电梯的运行性能优越，同时也有效节约了能源、降低了损耗。如何来进一步挖掘电梯变频调速系统节能潜力以及进一步提高驱动系统的应用效率问题已成为电梯驱动特性应用研究的一个重要课题。

　　(1)变频器再生能量回馈方式

　　电梯属于位能负载，要求频繁的起停，随着载客量多少的变化、上下行的变换，要求电动机四象限运行。在电梯运行过程中，空载(轻载)上行或者满载下行时电动机由需要消耗电能转为发电状态，电机将处于再生发电制动状态。 为解决电动机处于再生发电状态产生的再生能量，现有的方法是在变频器的直流母线两端并接上能量回馈装置，采用有源逆变技术将再生能量及时高效地逆变为与电网同频率、同相位的交流电反送电网。

　　一般能量回馈器都是根据变频器母线两端的电压 U PN的大小来决定是否回馈电能，回馈电压采用固定值 UHK。 在制动状态时，电动机再生能量向中间直流环节电容进行充电，当电容的电压超过设定值 UHK 时，逆变器开启馈电功能，将再生能量逆变后反送电网。 由于电网电压波动，当电压偏高引起 U PN 大于 UHK，逆变器会产生误回馈。 当电压偏低时，回馈到直流母线的电压储于电容中，该储能会被电阻提前消耗，使回馈效果明显下降。新型能量回馈器，采用电压自适应控制，即无论电网电压如何波动，只有当电梯机械能转换成电能送入直流回路电容中时，新型能量回馈器才及时将电容中的储能回送电网，有效解决原有能量回馈的缺陷。能量回馈装置通常采用 PWM 控制模式，使回馈至电源电网的电能谐波污染少、功率因数高，节约了大量的能源，满足了电梯驱动系统对速度跟随的快速性和精确性要求，使曳引驱动电动机在四象限内运行时的工作效率更高。

　　电梯能量回馈技术的利用场合，一般来说，电梯额定速度越快、额定载重量越大、提升高度越高，节能效果越显著，收回成本也越早。相反，梯速越慢、额载越轻、提升高度越低，节能效果则不明显，收回成本的时间相对较长。因此，目前在中低速电梯中的应用较少。

　　(2)共直流母线的电梯控制系统

　　即使能量回馈装置有电抗器、电容器、去噪等滤波环节，使用 SPWM 脉宽调制，其波形也不免有些畸变，用傅立叶级数分解，其得到的波形虽然是以基波(正弦波)为主，其中参杂着高次谐波 (幅值很低)， 但仍与市电的正弦波、 频率( 50HZ )有微小差别的，目前回馈的能量中，其电流谐波畸变约在 5%～7% 之间。 这些高次谐波对市电、对电网及其用电设备都有不可忽视的影响，从而产生对电源、环境的污染，电磁干扰。 因此，希望尽量减少能量回馈次数，减少对电网的影响。

　　在电梯使用频率较大的地方，一般都是使用 2 台或者多台电梯，这对电梯的节能提供了一种新思路—— — 共直流母线的节能方式，即将梯群的各驱动变频器中直流部分并联。共直流母线传动控制系统如图1 所示， 它主要包括变频器、直流接触器、直流熔断器、能量回馈装置等。共直流母线系统比较鲜明的特点是电动机的电动状态和发电状态可以能量互享，即连接在直流母线上的任何一台电梯重载下降和轻载上升时产生的能量，都通过各自的逆变器反馈到直流母线上，连接在直流母线上的其他电梯就可以充分利用这部分能量， 减少了从电力系统中消耗的能量，达到节约能源的目的。 另外直流母线中各电容组并联后使整个系统中间直流环节的储能容量成倍加大，构成强大的直流电压源以钳制中间环节直流电压的瞬时脉动，提高了整个系统的稳定性与可靠性。

　　结束语：随着城市高峰产业的进程，越来越多的超高型建筑开始屹立于城市中心，许多城市都在往垂直城市的方向进军。然而，楼层越多，电梯的能耗就越大，对电梯节能的要求也就越高。智能、高效、环保将成为未来电梯业的发展趋势和共同目标。绿色节能电梯早已不仅仅是一种概念，而是与建筑商经济利益直接挂钩的重要环节。

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