電梯節能中能量回饋節能技術的有效運用

姚穎超

摘 要：目前，我國已成為全世界推廣和使用節能電梯最多的國家。電梯節能成為電梯設計的主要方向。文章介紹了能量回饋，和電梯能量回饋技術及工作原理。以及回饋技術在電梯中的應用和電梯節能的必要性，以求在電梯設計中，使能量回饋得到更好的發揮，節約能源。

關鍵詞：電梯；能量回饋；節能技術

中圖分類號：TM92 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2016）27-0005-02

隨著現代社會高樓和商場發展的速度越來越快，電梯的應用技術也越來越成熟。人們的生活也越來越離不開電梯，電梯節能也稱為電梯設計人員考慮的問題之一，如何更好的利用電梯中能量回饋是一大問題之一，電梯節能中能量回饋節能技術的有效運用，會給社會節約資源，和企業帶來更好的社會效益和經濟效益。

1 能量回饋

1.1 概 述

在電梯、礦山提升機、港口起重機、工廠離心機、油田抽油機等許多場合，都會伴隨著負載勢能、動能的變化。比如，提升機、起重機等在下放重物時勢能會減小，離心機設備在停機時，動能會減小。而由能量守恒定律我們知道，能量是不會憑空消失的，那么這部分能量到哪里去了呢？答案是通過電機轉換成為了再生電能。實際上，在采用變頻調速的設備里，這部分電能一般是通過能耗制動電阻再轉換為熱能白白浪費掉了的。

設想如果能夠有一種裝置，將這部分再生電能利用起來回送到電網，那么不是可以省下這部分電能，起到節能降耗的效果嗎？能量回饋裝置就是這樣一種產品。它使用的電力電子變換技術，其主要實現的作用就是將上述設備在運行過程中所產生的再生電能利用起來，并轉換為同步的交流電能回送到電網，起到節電的效果。

1.2 回饋節能基本原理

將運動中負載上的機械能（位能、動能）通過能量回饋裝置變換成電能（再生電能）并回送給交流電網，供附近其它用電設備使用，使電機拖動系統在單位時間消耗電網電能下降，從而達到節約電能的目的。

2 電梯能量回饋技術及工作原理

2.1 能量回饋技術

能量回饋技術就是把電梯自身存在并且無用的直流電逆變為可用、有效的交流電。同時把逆變后的交流電回饋到電梯周邊局域網中再次利用的一個過程。

2.2 工作原理

電梯運行過程就是電能與機械能轉換的過程，當電梯電梯重載上行或輕載下行時，需要給電梯提供能量使機械勢能增加，電梯通過曳引機將電能轉換為機械勢能，曳引機處于耗電狀態；當電梯輕載上行或重載下行時，運行過程需要使機械勢能減少，電梯機械勢能通過曳引機轉換為電能，曳引機處于發電狀態。

曳引機發電過程產生的電能需要及時處理，不然對曳引機有嚴重的危害。常規的做法是通過制散熱電阻把發的電轉化的熱能散發到空氣中 ，這就造成電梯機房的溫度很高，通常需要安裝空調和排風機來降溫。

能量回饋技術的應用就是替代制動單元和制動電阻，通過自動檢測變頻器的直流母線電壓，將變頻器的直流環節的直流電壓逆變成與電網電壓同頻同相的交流電壓，經多重噪聲濾波環節后連接到交流電網，達到綠色、環保、節能的目的。

該設備設計目的就是優先于制動電阻工作，在保證回饋電流不污染電網的情況下實現多余電能的再次利用，同時消除機房主要散熱源。

3 電梯節能的必要性

3.1 必要性

隨著城市里的高樓大廈越建越多，電梯的使用也越來越多。有關統計表明目前全國電梯已超過200萬臺，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能型電梯。

另外10年前安裝的電梯則屬于嚴重耗電型電梯。通過對賓館、商用辦公樓、很多機關大樓等建筑的用電情況進行實際調查分析，可以看出電梯的用電量和電梯機房制冷用空調用電量基本差不多，但是比照明和供水用電要大的多。那么產生這樣大的用電量的原因是什么呢？通過計算分析，原來在電梯使用過程中，電阻產生的熱量非常之高，溫度通常都可以達到上百度。但是為了使電梯能正常運轉工作，因為溫度過高而出現機械故障，就需要安裝比較大排風量的空調機或風機，這些大排風量的空調機或排風機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，一部普通電梯每天用電大約在30～80 kW·h，按照每部電梯每天平均耗電50 kW·h、全國在用電梯數量200萬部、每部電梯每年運行300天計算，我國每天電梯消耗電能約1億度電，每年消耗的電能約為300億 kW·h。全國每年電梯消耗的電能相當于大亞灣核電站25個月的發電量，可見電梯耗電之巨。因此，現實中電梯節能就顯得非常有必要了。

3.2 舉例說明

下面以IPC-PFE系列電梯為例：

例一：IPC-PFE系列電梯能量回饋裝置是采用加拿大技術生產制造的電梯專用高性能回饋式。如果升降電梯能使用電梯能量回饋裝置，就可以順利地實現將電容中儲存的直流電能轉換成交流電能回送到電網，節電率達30%～40%。

還有，因為無電阻發熱元件的原因，降低了機房的環境溫度，同時也改善了電梯控制系統的運行溫度，使控制系統不再死機，延長電梯使用壽命。機房可以不再使用空調等散熱設備，可以節省機房空調和散熱設備的耗電量，節能環保，使電梯更省電。

IPC—PFE系列電梯能量回饋裝置采用DSP中央處理器，速率高、精度高、穩定性能好、抗干擾能力強；采用自診斷技術確保輸出電壓精確，防止電流回送，使變頻器不受任何影響。在頻繁制動的場合，節電更明顯；真正實現了變頻調速系統的四象限運行。

4 電梯節能六種途徑及運用實例

電梯節能是指減少運行中電梯在能量傳輸過程中的消耗，特別是在待機狀態下的能量消耗，以及提高電梯運行效率。

4.1 重量平衡最理想

如果電梯轎廂和對重在上下運行時重量平衡，電動機只需克服電梯滑動與轉動部件的阻力，此時，電梯最為節能。但電梯轎廂內載荷是個變量，如能將電梯對重也隨轎廂內載荷變化而相應變化，這種節能方法最為理想，但實施此項技術難度很大。

4.2 減少待機能耗

國外有關研究部門對15萬臺運行中的電梯進行了能耗測試。報告顯示，在電梯能耗中，最大的能耗是待機能耗，待機能耗約占電梯總能耗的58%，可見減少待機能耗對提高電梯能效有顯著作用。

4.3 優化對重配置

電梯的平均負載率約為額定載荷的20%，目前公認的電梯平衡系數為40%～50%。經大量測試分析后，業內人士建議，可將平衡系數優化為曳引驅動取0.35、能源再生裝置取0.21、液壓電梯取0.30，說明優化對重配置也可降低電梯在運行中的能耗。

4.4 能量回饋

在電梯能量回饋中，能量回收因梯種、使用頻次和載重量等不同，一般為20%～40%。

目前，國家電梯能耗標準尚末出臺。能量回饋節能是采用PWM有源逆變方式在電梯電壓變頻器原電阻制動單元的端子上加裝ERB裝置，從而達到能量回饋的作用，該種方式適用于載重量大、使用頻次高的電梯。

4.5 合理優化電梯的選用和管理

根據大樓性質、服務對象、使用面積、流量和去向等合理配置電梯品種、數量、運行和停層等布局方案可以起到節能的效果，也是最務實的做法。

4.6 開發節能新技術

直線電動機、矩陳逆變器、高效率減速器等新技術在電梯中的應用也可節約電梯的能耗。

例二：例如：地處上海市某大廈共8臺高層電梯，每臺電梯每月的原有用電量在2 800 kW·h左右，現在安裝使用電梯節能產品后，每臺電梯每個月的用電量在1 500 kW·h左右，每月實現的節電量在1 000多kW·h，在一年之內就可收回成本，再用電方面為公司節約了一筆不小的開支。

在現代經濟活動中，企業的正常運行需要大量財力做保證，因此節約成本也成為企業首要任務，而節能電梯就是節約企業成本的第一步，我們有理由相信電梯節能技術的應用前景必將十分廣闊。

5 結 語

電梯節能技術的推廣任務是艱巨的，但前途光明。利用電梯能量回饋技術對社會上老舊電梯特別是高校中使用頻率較高的電梯進行電梯節電技術改造非常有必要。不僅符合我國節能減排的發展方針，降低大量的能源消耗，而且可以引起了良好的社會效應和巨大的經濟效益。

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