試論電梯節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用

崔輝

【摘 要】中國(guó)是一個(gè)能源匱乏國(guó)，又是一個(gè)能源消耗大國(guó)，電梯已成為耗能大戶，電梯節(jié)能降耗已引起社會(huì)各界的關(guān)注。電梯行業(yè)已比以往任何時(shí)候都更為努力地為減少電梯的能耗進(jìn)行探索，通過(guò)近幾年的研究和開(kāi)發(fā)，一些電梯的節(jié)能技術(shù)也日趨成熟，對(duì)電梯產(chǎn)品總能耗產(chǎn)生了巨大影響，為電梯節(jié)能帶來(lái)了巨大空間。對(duì)電梯實(shí)施節(jié)能審查和監(jiān)管，采取有效措施降低能耗，是非常必要和現(xiàn)實(shí)的，符合建設(shè)資源節(jié)約型社會(huì)的基本國(guó)策，必將取得顯著成效。本文分析了電梯節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用。

【關(guān)鍵詞】電梯節(jié)能；變壓變頻調(diào)速；能量回饋

1.VVVF（變壓變頻調(diào)速）技術(shù)

VVVF技術(shù)在現(xiàn)代交流調(diào)速電梯驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)中得到了最廣泛的應(yīng)用。電梯驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)采用成熟的VVVF技術(shù)早已成為當(dāng)今改善電梯驅(qū)動(dòng)控制性能、提高電梯運(yùn)行質(zhì)量的主要途徑。VVVF技術(shù)淘汰了各類交流雙速電機(jī)調(diào)速驅(qū)動(dòng)，取代了直流無(wú)齒輪驅(qū)動(dòng)，不僅使電梯的運(yùn)行性能優(yōu)越，同時(shí)也有效地節(jié)約了能源，降低了損耗。以下按照電梯運(yùn)行的不同階段來(lái)分析VVVF電梯的節(jié)能性。電梯運(yùn)行可簡(jiǎn)化為起動(dòng)、穩(wěn)速運(yùn)行、制動(dòng)3個(gè)階段。（1）起動(dòng)階段：VVVF由于在低頻條件下起動(dòng)，無(wú)功電流小，從而大大降低了總的起動(dòng)電流，降低了能耗。（2）穩(wěn)速段：ACVV（調(diào)壓調(diào)速）電梯在穩(wěn)速運(yùn)行段所消耗的能量在滿載和半載上行的條件下與VVVF控制的電梯相近。而在輕載上行（或重載下行）時(shí)，由于倒拉效應(yīng)，ACVV電梯要從電網(wǎng)取得能量產(chǎn)生制動(dòng)轉(zhuǎn)矩，而VVVF電梯工作在再生發(fā)電制動(dòng)狀態(tài)，不需從電網(wǎng)中獲得能量。（3）制動(dòng)段：ACVV電梯在制動(dòng)段一般采用能耗制動(dòng)方式，即從電網(wǎng)中取得能耗制動(dòng)電流，電流變成熱能消耗在電機(jī)的轉(zhuǎn)子中，對(duì)于較大慣性輪的電機(jī)，能耗制動(dòng)電流可達(dá)到60～80A，電機(jī)的發(fā)熱也比較嚴(yán)重。而VVVF電梯在制動(dòng)段不需從電網(wǎng)中獲得任何能量，電動(dòng)機(jī)運(yùn)行在再生發(fā)電制動(dòng)狀態(tài)，電梯系統(tǒng)的動(dòng)能轉(zhuǎn)化成電能消耗在電機(jī)外部電阻上，不僅節(jié)能，而且也避免了制動(dòng)電流引起的電機(jī)發(fā)熱現(xiàn)象。經(jīng)實(shí)際運(yùn)行測(cè)算比較，采用VVVF控制的電梯，與ACVV調(diào)速電梯相比，節(jié)能達(dá)30%以上。VVVF系統(tǒng)還可以提高電氣系統(tǒng)功率因數(shù)，降低電梯線路設(shè)備的容量和電動(dòng)機(jī)的容量達(dá)30%以上。

2.能量回饋技術(shù)

電梯的結(jié)構(gòu)可以簡(jiǎn)單地看作為一個(gè)定滑輪及其兩側(cè)的重物，一側(cè)的重物為轎廂及乘員，另一側(cè)的為對(duì)重，起到定滑輪作用的是曳引機(jī)。電梯工作時(shí)，曳引機(jī)拖動(dòng)兩邊的重物將電能與重力勢(shì)能互相轉(zhuǎn)化。當(dāng)轎廂與乘員的重量超過(guò)對(duì)重的重量，電梯上行時(shí)，電機(jī)做功，將電能轉(zhuǎn)化為勢(shì)能；下行時(shí)，重力做功，將勢(shì)能轉(zhuǎn)化為電能。當(dāng)轎廂與乘員的重量小于對(duì)重的重量，電梯上行時(shí)，重力做功，將勢(shì)能轉(zhuǎn)化為電能；下行時(shí)，電機(jī)做功，將電能轉(zhuǎn)化為勢(shì)能。由重力勢(shì)能轉(zhuǎn)化而成的電能，通過(guò)電機(jī)進(jìn)入電梯控制柜中的變頻器的直流電容中，這些能量如果不及時(shí)消耗，累積超過(guò)了電容能容納的極限，將會(huì)損壞變頻器，所以，比較普遍的做法是，將這些電能通過(guò)發(fā)熱電阻將它們轉(zhuǎn)化為熱量散發(fā)出去。但這種做法有以下缺點(diǎn)：（1）浪費(fèi)能量，降低了系統(tǒng)的效率；（2）電阻發(fā)熱嚴(yán)重，影響系統(tǒng)的其他部分正常工作；（3）簡(jiǎn)單的能耗制動(dòng)有時(shí)不能及時(shí)抑制快速制動(dòng)產(chǎn)生的泵升電壓，限制了制動(dòng)性能的提高。同時(shí)，這種做法使得電梯機(jī)房的溫度很高，為了使電梯正常工作，往往要使用空調(diào)來(lái)降溫，增加了能源的消耗。通過(guò)使用能量回饋裝置，可以很好地解決這個(gè)問(wèn)題。能量回饋裝置能夠?qū)崟r(shí)地檢測(cè)變頻器直流母線上的電壓及電網(wǎng)頻率，把變頻器直流母線上多余的電能重新逆變?yōu)榻涣麟?，并反饋到電網(wǎng)中，讓每一部電梯，在制動(dòng)時(shí)都成為一部小型發(fā)電機(jī)，把發(fā)出的電能用于人們的生產(chǎn)、生活，使得電梯用電更為節(jié)能、高效，長(zhǎng)期使用更是具有非常高的經(jīng)濟(jì)效益。安裝了能量回饋裝置的電梯，年均運(yùn)行總耗電量普遍可下降25%～35%，機(jī)房空調(diào)耗電量夏季可下降40%～60%，一臺(tái)20層的電梯一年可以節(jié)省6000kW·h電能左右，一個(gè)擁有100部電梯的小區(qū)，一年則可節(jié)省60萬(wàn)kW·h電能，相當(dāng)于800個(gè)家庭1年的用電量。國(guó)家黃河小浪底工程每年發(fā)電量平均為51億kW·h；大亞灣核電站每年發(fā)電量平均為137億kW·h。如果將能量回饋裝置應(yīng)用于全國(guó)所有的電梯，全國(guó)電梯每年節(jié)約的電量約相當(dāng)于小浪底工程26個(gè)月的發(fā)電量；相當(dāng)于大亞灣核電站10個(gè)月的發(fā)電量。

3.群控技術(shù)

群控電梯就是多臺(tái)電梯集中排列，共有廳外召喚按鈕，按規(guī)定程序集中調(diào)度和控制的電梯。召喚信號(hào)的分配采用最小等待時(shí)間原則，充分考慮電梯的層樓距離、召喚和指令的登記情況、超越情況、反向情況等等因素，實(shí)時(shí)調(diào)配具有最快響應(yīng)時(shí)間可能性的電梯來(lái)應(yīng)答每一個(gè)召喚，從而充分挖掘電梯的運(yùn)輸能力，大大提高電梯的運(yùn)行效率。群控技術(shù)雖然不能使某一臺(tái)電梯運(yùn)行時(shí)達(dá)到節(jié)能的效果，但可以通過(guò)合理的調(diào)度實(shí)現(xiàn)群組中電梯的節(jié)能。另外，目前比較新的幾種群控調(diào)度技術(shù)如目的層選層技術(shù)、分層技術(shù)等，可以保證在相同的運(yùn)載能力的情況下，減少群組中電梯的數(shù)量或減少電梯的額定載重，達(dá)到節(jié)能的效果。總而言之，電梯群控技術(shù)可以通過(guò)樓內(nèi)具體情況，及時(shí)調(diào)配每個(gè)電梯的運(yùn)行狀態(tài)，使電梯群能夠提供最佳的服務(wù)。傳統(tǒng)的群算法只是為了達(dá)到最小的候機(jī)時(shí)間，但是容易致使電梯運(yùn)行效率低、電梯扎堆的現(xiàn)象。現(xiàn)今的群算法為調(diào)度算法，它的實(shí)質(zhì)是在一個(gè)變化的環(huán)境下進(jìn)行在線調(diào)度，以達(dá)到合理的配置資源，實(shí)現(xiàn)最優(yōu)控制的目的?，F(xiàn)在的電梯群控技術(shù)越來(lái)越朝著智能化發(fā)展，把智能控制算法引入電梯群控系統(tǒng)能夠較好地解決群控系統(tǒng)目的多樣性和系統(tǒng)本身固有的隨機(jī)性和非線性。把專家系統(tǒng)算法、模糊控制算法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法和遺傳算法等幾種算法有機(jī)地結(jié)合起來(lái)，進(jìn)一步應(yīng)用于群控電梯的設(shè)計(jì)中，將是電梯控制發(fā)展的趨勢(shì)。

4.共直流母線電梯控制系統(tǒng)原理和運(yùn)用

在電梯頻率使用較大的地方，一臺(tái)電梯是不夠的，因此往往都是用兩臺(tái)或者多臺(tái)電梯同時(shí)使用。這樣就可以考慮把其中的一臺(tái)或者兩臺(tái)在發(fā)電的時(shí)候產(chǎn)生的多余能量反饋到一條這幾臺(tái)電梯共同使用的母線上，以此來(lái)達(dá)到節(jié)能的目的。共直流母線電梯控制系統(tǒng)一般都是由斷路器、接觸器、逆變器、電機(jī)和熔斷機(jī)組成的。其特點(diǎn)是：把所有電梯在系統(tǒng)中的直流一側(cè)都連接到共用母線上。這樣，每一臺(tái)電梯都能在運(yùn)行過(guò)程中，通過(guò)自身的逆變器，將交流電轉(zhuǎn)化成直流電能后反饋到母線上。母線上的其他電梯就可以充分利用這部分能量，減少了系統(tǒng)總的能量消耗，達(dá)到了節(jié)能的目的。當(dāng)其中的某一臺(tái)電梯發(fā)生故障的時(shí)候，只要切斷該電梯上的空氣開(kāi)關(guān)就可以了。該方案具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低、安全可靠的優(yōu)點(diǎn)。

5.結(jié)語(yǔ)

采用先進(jìn)的電梯節(jié)能技術(shù)，可以使電梯的能耗明顯降低。變頻再生能量回饋、共直流母線電梯控制系統(tǒng)、電梯群控技術(shù)的應(yīng)用、制動(dòng)能再利用技術(shù)的原理和應(yīng)用，都能為電梯的節(jié)能帶來(lái)很好的效果。需要特別注意的是，由于電梯的速度、載重量等參數(shù)都有很大的不同，電梯相應(yīng)的能耗也會(huì)有所不同。因此我們?cè)u(píng)價(jià)一臺(tái)電梯的能耗和節(jié)能效果時(shí)，很可能得到不同的結(jié)果?？梢钥隙ǖ氖?。隨著科技的發(fā)展，電梯的節(jié)能手段必定日益多樣化和高科技化。電梯節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用，不僅緩解了國(guó)內(nèi)日益增長(zhǎng)的電力緊張局勢(shì)，同時(shí)也為中國(guó)建設(shè)節(jié)約型社會(huì)、實(shí)施可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略作出了巨大的貢獻(xiàn)。

【參考文獻(xiàn)】

[1]黃春榕.關(guān)于電梯能耗評(píng)價(jià)的探討[J].黑龍江科技信息，2009，（25）.