电梯节能技术应用问题研究

陆刚

摘 要：在民用住宅类建筑中，电梯的能耗占到建筑总能耗的5%左右，而在商用办公写字楼，电梯能耗占建筑能耗占比高达7%，电梯已成为建筑中除制冷制暖和照明电气外最大的能耗开支，生产节能环保型电梯刻不容缓。

关键词：电梯节能；变压变频调速；能量回馈

一、VVVF（变压变频调速）技术

VVVF 技术在现代交流调速电梯驅动控制系统中得到了最广泛的应用。电梯驱动系统采用成熟的 VVVF 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。VVVF 技术淘汰了各类交流双速电机调速驱动，取代了直流无齿轮驱动，不仅使电梯的运行性能优越，同时也有效地节约了能源，降低了损耗。以下按照电梯运行的不同阶段来分析VVVF 电梯的节能性。电梯运行可简化为起动、稳速运行、制动 3 个阶段。（1）起动阶段：VVVF 由于在低频条件下起动，无功电流小，从而大大降低了总的起动电流，降低了能耗。（2）稳速段：ACVV（调压调速）电梯在稳速运行段所消耗的能量在满载和半载上行的条件下与 VVVF 控制的电梯相近。而在轻载上行（或重载下行）时，由于倒拉效应，ACVV 电梯要从电网取得能量产生制动转矩，而 VVVF 电梯工作在再生发电制动状态，不需从电网中获得能量。（3）制动段：ACVV 电梯在制动段一般采用能耗制动方式，即从电网中取得能耗制动电流，电流变成热能消耗在电机的转子中，对于较大惯性轮的电机，能耗制动电流可达到60～80 A，电机的发热也比较严重。而 VVVF 电梯在制动段不需从电网中获得任何能量，电动机运行在再生发电制动状态，电梯系统的动能转化成电能消耗在电机外部电阻上，不仅节能，而且也避免了制动电流引起的电机发热现象。经实际运行测算比较，采用VVVF 控制的电梯，与 ACVV 调速电梯相比，节能达30%以上。VVVF 系统还可以提高电气系统功率因数，降低电梯线路设备的容量和电动机的容量达30%以上。

二、能量回馈技术

电梯的结构可以简单地看作为一个定滑轮及其两侧的重物，一侧的重物为轿厢及乘员，另一侧的为对重，起到定滑轮作用的是曳引机。电梯工作时，曳引机拖动两边的重物将电能与重力势能互相转化。当轿厢与乘员的重量超过对重的重量，电梯上行时，电机做功，将电能转化为势能；下行时，重力做功，将势能转化为电能。当轿厢与乘员的重量小于对重的重量，电梯上行时，重力做功，将势能转化为电能；下行时，电机做功，将电能转化为势能。由重力势能转化而成的电能，通过电机进入电梯控制柜中的变频器的直流电容中，这些能量如果不及时消耗，累积超过了电容能容纳的极限，将会损坏变频器，所以，比较普遍的做法是，将这些电能通过发热电阻将它们转化为热量散发出去。但这种做法有以下缺点：（1）浪费能量，降低了系统的效率；（2）电阻发热严重，影响系统的其他部分正常工作；（3）简单的能耗制动有时不能及时抑制快速制动产生的泵升电压，限制了制动性能的提高。同时，这种做法使得电梯机房的温度很高，为了使电梯正常工作，往往要使用空调来降温，增加了能源的消耗。通过使用能量回馈装置，可以很好地解决这个问题。能量回馈装置能够实时地检测变频器直流母线上的电压及电网频率，把变频器直流母线上多余的电能重新逆变为交流电，并反馈到电网中，让每一部电梯，在制动时都成为一部小型发电机，把发出的电能用于人们的生产、生活，使得电梯用电更为节能、高效，长期使用更是具有非常高的经济效益。安装了能量回馈装置的电梯，年均运行总耗电量普遍可下降25%～35%，机房空调耗电量夏季可下降 40%～60%，一台 20 层的电梯一年可以节省6 000 kW·h 电能左右，一个拥有 100 部电梯的小区，一年则可节省 60 万 kW·h 电能，相当于 800 个家庭 1 年的用电量。

三、群控技术

群控电梯就是多台电梯集中排列，共有厅外召唤按钮，按规定程序集中调度和控制的电梯。召唤信号的分配采用最小等待时间原则，充分考虑电梯的层楼距离、召唤和指令的登记情况、超越情况、反向情况等等因素，实时调配具有最快响应时间可能性的电梯来应答每一个召唤，从而充分挖掘电梯的运输能力，大大提高电梯的运行效率。群控技术虽然不能使某一台电梯运行时达到节能的效果，但可以通过合理的调度实现群组中电梯的节能。另外，目前比较新的几种群控调度技术如目的层选层技术、分层技术等，可以保证在相同的运载能力的情况下，减少群组中电梯的数量或减少电梯的额定载重，达到节能的效果。总而言之，电梯群控技术可以通过楼内具体情况，及时调配每个电梯的运行状态，使电梯群能够提供最佳的服务。传统的群算法只是为了达到最小的候机时间，但是容易致使电梯运行效率低、电梯扎堆的现象。现今的群算法为调度算法，它的实质是在一个变化的环境下进行在线调度，以达到合理的配置资源，实现最优控制的目的。现在的电梯群控技术越来越朝着智能化发展，把智能控制算法引入电梯群控系统能够较好地解决群控系统目的多样性和系统本身固有的随机性和非线性。把专家系统算法、模糊控制算法、神经网络算法和遗传算法等几种算法有机地结合起来，进一步应用于群控电梯的设计中，将是电梯控制发展的趋势。

四、共直流母线电梯控制系统原理和运用

在电梯频率使用较大的地方，一台电梯是不够的，因此往往都是用两台或者多台电梯同时使用。这样就可以考虑把其中的一台或者两台在发电的时候产生的多余能量反馈到一条这几台电梯共同使用的母线上，以此来达到节能的目的。共直流母线电梯控制系统一般都是由断路器、接触器、逆变器、电机和熔断机组成的。其特点是：把所有电梯在系统中的直流一侧都连接到共用母线上。这样，每一台电梯都能在运行过程中，通过自身的逆变器，将交流电转化成直流电能后反馈到母线上。母线上的其他电梯就可以充分利用这部分能量，减少了系统总的能量消耗，达到了节能的目的。当其中的某一台电梯发生故障的时候，只要切断该电梯上的空气开关就可以了。该方案具有结构简单、成本低、安全可靠的优点。

参考文献

[1]田学成，李重远.电梯节能技术的现状与研究方向[J].低碳世界.2016（19）

[2]白金光.住宅区电梯节能改良的综合措施探究[J].中国高新技术企业.2014（13）

（作者单位：奥的斯高速电梯（上海）有限公司）