电梯能量回馈装置原理及检验内容探讨

电梯能量回馈装置原理及检验内容探讨
摘要：近年来房地产热潮以及国家大张旗鼓的基础设施建设，带动了电梯业的发展。

本文通过对电梯节能枝术基本原理的研究和对一种典型电梯能量回馈装置的检测，分析了电梯节能的实际效果，提出了电梯节能的必要性。

关键词：电梯；能量回馈装置；原理；检验内容。

一、前言
随着我国经济的快速发展，电梯的使用也越来越普遍，当然由电梯消耗的电能也日益增多，如何节约资源，降低能耗是我们研究的重点。

在全球性能源紧缺，世界各国、各行、各业都在提倡绿色节能的今天，做好电梯的节能降耗意义重大。

能量回馈技术节能效果明显，因此，针对电梯能量回馈装置原理及检验内容进行深入的研究和探讨。

二、能量回馈技术的分析与研究
1.电梯能量回馈技术的节能原理
有源能量回馈器主回路结构主要由滤波电容、串联电感、三相IGBT全桥和外围电路组成，如图1。

电梯变频器的输入端和有源能量回馈器的输出端相连，有两个隔离二极管VD1和VD2与输入端相串联后与变频器的PN线相接。

图中虚线框内的控制电路的软件设计冗余度高，该电路是由外围信号采样器以及单片微机可编程逻辑芯片组成的，这种设计和结构能够使控制电路自动地识别三相交流电网的相位、相序、电流及电压的瞬时值，确保直流电可以立即回馈到交流电网，有序地控制智能功率模块即IPM的工作状态。

由于电梯在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，这一过程电梯就会释放机械动能。

同时，曳引式电梯还是一个势能性负载，轿厢载重与对重装置之间有质量差时，电梯运行时会产生机械势能，特别是当电梯空载上行和电梯满载下行时均会释放出大量的机械势能。

对于采用变频变压调速的电梯，运行中释放的机械能(含位能和动能)通过电动机和变频器转换成直流电能储存在变频器直流回路的电容中。

此时电容就好比是一个小水库，回送到电容中的电能越多，电容电压就越高，如不及时释放电容中储存的电能，就会产生过压保护，最终导致电梯停止运行。

目前国内绝大多数变频调速电梯采用制动电阻消耗电容中储存电能的方法来防止电容过电压，但这种方法不仅降低了系统能耗的效率，电阻产生的大量热量还恶化了电梯控制柜周边的环境。

因此，电梯节能的第二类方法就是将运动中负载上的机械能(含位能和动能)通过专用装置变换成电能并回馈给交流局域电网，供附近其他用电设备使用，使系统在单位时间内消耗电量下降。

从而达到节约电能的
目的。

电梯节能在电梯技术的研究和发展中一直被广泛关注，主要有关于电梯驱动控制系统、能量回馈系统和电梯曳引机驱动技术方面的节能。

电梯节能的关键是收集和利用电梯曳引机在发电的过程中产生的电能。

现阶段处理这部分能量的方法是采取能耗制动，也就是在大功率电阻中利用外加的或者内置的制动电阻消耗电能。

这样由电阻产生的热量不仅对电梯控制柜周围的环境造成污染，而且还会造成能量的损毁。

有数据统计，25%至35%的电梯用电总量被制动电阻消耗了，有源能量回馈系统的功能是把制动电阻消耗的电能逆变转化成交流电，而后回输到电气设备中或附近的电网中继续利用，通常能量逆变的效率为85%左右。

由此得出，电梯能量回馈系统可以节约21%至30%的能量，而且节能的效果会随着电梯速度的加快和楼层增高而提升。

2.能量回馈技术的特点能量回馈技术在国内已经有了研究和发展，并且有与之相关的产品已经问世。

能量回馈系统中的拓扑结构，由于其功率开关的器件不同可以分为全控器件型结构和半控器件型结构两大类。

全控型器件，如IPM、GTR、IGBT或MOSFET的结构特点为动态响应迅速、集成度和开关频率高，并且利用这类全控型器件还能够使系统的效率大大提升。

半控器件型结构又称晶闸管型器件结构，这类结构中的晶闸管具有超强的耐浪涌冲击、耐流和耐压能力，这是比全控型功率器优越的地方，并且价格较低，保护和驱动电路简单。

三、对一种典型电梯能量回馈装量的跟踪检测
为了了解电梯能量回馈装置的实际使用情况，我们在市场上选取了一种典型的电梯能量回馈装置，从2008年5月开始连续1年对其进行跟踪检测。

该台装置安装在某商务中心一台28层28站、额定载重量1350Kg、额定速度2.5m／s 的电梯上，该电梯全天24小时运行，使用频繁。

检测内容主要包括三个方面：
（1）电梯安装能量回馈装置后的安全性能
（2）电梯安装能量回馈装置后的节能效果
（3）电梯能量回馈装置后所反馈电能的质量
同期，我们也选取了其它电梯进行了类似测试，发现不同型号规格的电梯安装能量回馈装置后节能效果不尽相同，有的甚至无明显的节能效果。

据中国电梯行业协会统计，2013年上半年电梯行业依旧延续了近年来高速发展的态势，全国电梯产量同比增长40%左右。

据电梯的实际运行频率计算，一部普通的电梯每天大约用电50～150度，而前我国的电梯保有量已超过250万台，因此，下面笔者就电梯能量回馈装置技术在电梯节能中的实践应用进行了分析。

四、有源能量回馈器在电梯节能方面的应用分析
能量回馈技术通常在高速电梯和超高速电梯上被运用。

高速电梯及超高速电梯因快速制动会产生泵升电压，而一般的外加制动电阻的能耗制动却无法立即将其控制，此时就会造成电极的绝缘、电解电容和开关器件的损坏，甚至整个系统的安全都会因此受到威胁。

1.电梯运行过程中的能量流动
电梯通过变频调速达到最高运行速度后，此时电梯的机械功能最大，而电梯若要抵达目标层，则需要逐渐减小运行速度至电梯静止，整个过程电梯进行了机械能的释放。

在整个过程中，电动机能够利用变频调速器把机械能转化为电能在直流环节变频器的大电容中存储，而大电容的容量也是有限的，由机械功能转化而来的电能也会发生满溢事故。

然而，若没能及时地释放储存在大电容之中的电量，则也可能发生电容过压现象。

电梯这一势能性负载由对重平衡块与载客轿厢构成，可以均匀地将负荷拖动。

欲使对重平衡块与轿厢的质量平衡，那么此时的轿厢载重量就要保持在50%左右，在电梯运行的过程中，若没有达到这种情况则对重平衡块与轿厢之间就会产生机械势能和质量差。

电梯质量较重的装备在下行的过程中，机械势能会逐渐减小，这部分变化的机械势能经电动机被转化成为变频器直流环节大电容器储备的电能。

电梯质量较重的装备在上行的过程中，机械能增大，这部分能量是通过电动机由电网的电能转化而来。

2.能量回馈节能技术在电梯节能中的实践应用
制动高速电梯和超高速电梯制动时，如果使用一般的外加制动电阻，消耗的能量会很多，并且电阻的发热现象也会很严重。

改善发热和系统制动的问题是能量反馈技术在高速电梯和超高速电梯上得以运用的关键。

大多数中低速电梯采用能量回馈技术没有很大的意义，因为它们使用的是蜗轮蜗杆减速的驱动主机，然而这种主机反传动的效率不高。

目前，在中低速电梯上运用永磁同步无齿传动技术是为能量回馈技术的使用奠定基础。

现在很多电梯公司都已经陆续发现了在中低速电梯上运用永磁同步无齿传动技术的重要性。

五、推广电梯节能的必要性
目前，存在着持续性的、全国范围的电能紧张问题，我国经济的发展受能源问题的制约，为此党中央和国务院提出把节约放在首位的经济工作任务，构建节约型的消费与产业结构。

能量回馈型节能电梯绿色环保，它可以改善环境，利用特定的回馈装置把电梯在运行时产生的再生制动能量回收到电网，确保源侧电流是标准的正弦波波形，而且免维护、高效率的无齿轮曳引机的使用，使电梯无需加油，是真正的绿色产品，不仅保护环境，而且节能。

我们可以针对全国电梯耗电量假设性地估算一下，如果全国实际运行的有100万台电梯，单位数量的电梯每日运行3小时，单台电梯消耗的功平均为15千瓦，则一天中全国所有电梯的功耗为4500万度，一年的功耗可至160亿度，大约为中等城市全年的居民生活和工农业生产的用电量之和。

然而，若应用节能电梯，且电梯都采用能量回馈技术，则全年的节电量就可达到65亿度。

六、结束语
综上所述，能量回馈型节能技术在电梯节能的实际应用中举足轻重，节电效果显著，能为我国带来巨大的社会效益与经济效益，从而为我国政府构建节约型社会贡献力量。

所以，针对电梯能量回馈装置原理及检验内容进行深入的研究和探讨是有着十分重要的意义。

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