电梯的节能改造

顾萍

摘  要：随着时间的推移，一些老旧电梯到了更新换代的时候，但是由于整体更换成本比较高而且其机械性能还是很好，并没有过多的磨损，所以只需要更换电气系统进行改造，使其符合最新的GB7588规范。而电梯在使用过程中成本最高的就是电能，该文主要根据电梯在使用过程中电梯曳引机是四象限运动的特点介绍一下最新的节能方法。

关键词：电梯  改造  节能

中图分类号：TU857   文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2019）07（a）-0049-02

在当今社会城市化建设中电梯无疑是高层建筑中间最不可或缺的一种设备，也是现代人在日常生活中必不可少的一项楼宇交通工具。目前一些商场和小区使用的旧梯都是按照老的国标来设计制造和安装的，而且使用年限较长，在电气技术上无法达到目前国家最新的GB规范。在2009年5月26日国家质量技术监督检疫总局下发了《高耗能特种设备节能监督管理办法》中电梯作为高耗能特种设备纳入了节能监管范围。所以在实施旧梯改造的时候就不得不考虑改造后电梯的节能问题。

在实际使用电梯的过程中，电梯的曳引机运行是四象限运行，在2个象限运行时为耗电状态，在另2个象限运行时为发电状态，具体如下：电梯的轿厢重量是P，额定载重是Q，对重的重量大约是P+Q/2，电梯在满载往下运行或者空载往上运行的时候曳引机就是处于一个发电的状态。在这个时候许多厂商往往把这部分电能采用变频器外接电阻的方法消耗掉。电阻消耗电能不仅降低了电梯的能耗系数，而且电阻大量发热造成机房里面的温度升高，使电气设备的工作环境变得恶劣，有的甚至要在机房里面安装空调来降低温度，这又是一项电能消耗。所以目前有的电梯厂家在市场上推广能量反馈装置，把电梯曳引机发出来的电回馈电网，但是目前在较多的区域电网内不允许该部分能源返回，原因是回馈的电能与电网内电能波段频率不同，容易对电网电能造成污染。所以要对能量反馈装置做一个改造，使得电梯能够使用曳引机发电状态下发出来的电。

假设我们在改造过程中把两台电梯A和B进行并联控制，将两台变频器的直流母线和电梯ARD系统的直流母线连接起来，使电梯的再生能量能够为ARD系统的蓄电池充电，如果检测到蓄电池已经充满则在下一次电梯运行时优先使用ARD电池中的电能，在使用到电池能量的下限时（提供A、B两台电梯的应急响应能量）则电梯使用电网能量，并且在发电状态给ARD系统充电。具体结构原理图设计如图1所示。

当ARD系统首次接入电梯系统中时，DPS会分析ARD电池中的蓄电量是否可以提供足够的紧急电量X1，如果不足则使用外部交流电充电至X1，使得ARD系统在电梯应急保护系统中能够起到作用。之后A、B电梯运行中继续使用外部交流电。当A、B电梯在发电状态时，DPS会检测出电梯A、B所发电量向蓄电池充电，直至蓄电池电量全部充满至X2。这样在下次A电梯或B电梯使用的时候DPS会实时检测A电梯或B电梯在运行時的电流和电压数据，来传送给ARD的控制系统进行电流的输出。电流将通过双向DC电路输送给A电梯或B电梯变频器的直流母线，由于考虑到大电流输出对蓄电池的使用寿命会有比较大的影响，所以需要与外部电网输送进来的电流进行调制，供给电梯A或电梯B正常运行，从而达到节能的目的。

电动机在能耗制动时所产生的能量是：W=W1+W2-W3-W4。其中W1是电动机的转动惯性能量，W2是电动机内部电感的能量，W3是机械损耗的能量，W4是其他损耗的能量。

根据实际的检测W2与W3+W4的数值基本相同，所以回馈电能就是W=W1，也就是电动机的转动惯量。

电梯的转动惯量就是其势能，所以W=MGHT。目前电梯的平衡系数一般都是0.5左右，所以我们就能够计算出电动机在第二或者第四象限运动时的能量。

例如，目前国内使用比较多的1000kg、1m/s这样的电梯，就算是普通小高层12层站，每层站高度3.5m，曳引机功率6.3kW，这样变频器功率是7.5kW，电梯全程运行一次的时间大约是44s，使用电能大约是0.1kW·h，两台电梯的运行一次的总电能是0.2kW·h。根据公式，电梯在第二、第四象限全程运动时的回馈能量是W=500×9.8×3.5×12=0.057kW·h。根据目前国内市场上主流充电器的效率是60%左右，这类电梯在空载向上或者满载向下时可以给电池充的电为0.036kW·h。在这种情况下电梯运行3次就可以提供电梯满载向上或者电梯空载向下一次的能量，可以说是节电30%，当然这个是理论算法，电梯实际使用中的情况要复杂，我们保守预计这套系统能为电梯节能25%。

接下来我们就要给这套系统确定ARD的蓄电池。因为ARD系统是电梯的紧急供电系统，它的电池需要为电梯的应急情况供电，所以需要提供至少0.4kW·h的电能电池。在此我们选用3节12V、20Ah的铅蓄电池来作为ARD系统的电池。目前很多小区建设中小高层都采用一梯两户的设计方案，那么一部电梯需要供给22户人家使用，每户每天使用电梯次数大约7～8次，有时会有一次运行载多人的时候，我们就可以说电梯每天大约有80次的使用，电梯有空载、满载、轻载以及重载等不同的运行情况，所以根据一天的使用监测，小高层小区电梯平均下来每台电梯使用大约为8～12度电。按照目前民用电的电费标准0.56元每度，则每天大约需要50元左右。一个普通小区大约有40～50台电梯那么一个小区的电梯电费就需要2000～2500元，一年则需要73万～91万之间的电费。如果在实际使用中我们能够使耗电下降25%，则每年可以省出大约18万～23万元的电费开支。如果是高层建筑，那么其经济性会更加凸显，所以此项改造不光可以针对老旧电梯进行，也可以针对新设计建造的电梯，在电机用电效率研发遇到瓶颈的今天，使用电梯的能量回馈接受技术能使用户的电费大大降低。

综上所述，在我国目前的城市化中使用了大量的电梯，据不完全统计目前国内的电梯保有量是200万台，每天的耗电量保守估计要6000万～8000万度电，如果使用能量回馈接受装置，那么我们以省电20%计，每年能节省下来的电能就非常可观了，对目前国家所倡导的节能减排也有积极的响应作用。

参考文献

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[2] 贾亚娟.浅谈电梯自动救援装置设计[J].中国科技信息，2011（14）：129.

[3] 赵国新.变频电源供电永磁同步电动机几个关键技术研究[D].沈阳工业大学，2009.