電梯節(jié)能技術(shù)綜述

朱猛

【摘?要】伴隨著經(jīng)濟(jì)持續(xù)快速增長，我國的能源與環(huán)境問題也日漸突出，電梯系統(tǒng)節(jié)能已是當(dāng)前國際社會共同關(guān)注的話題。針對電梯的耗能情況，從電梯的曳引系統(tǒng)、驅(qū)動系統(tǒng)和派梯管理三個方面綜述了電梯系統(tǒng)的節(jié)能分析方法和主要的節(jié)能技術(shù)，并在此基礎(chǔ)上對電梯節(jié)能進(jìn)行了展望。

[abstract] with the sustained and rapid economic growth，the problems of energy and environment in China have become increasingly prominent，and the energy saving of elevator system has become a topic of common concern to the international community.

【關(guān)鍵詞】節(jié)能技術(shù);曳引系統(tǒng);驅(qū)動控制;派梯管理

節(jié)能是擺在人類面前的共同任務(wù)，能源問題已經(jīng)被提到前所未有的高度。我國是一個耗能大國，更把節(jié)能作為頭等大事來抓。據(jù)有關(guān)調(diào)查顯示，我國建筑物的能源約占全國總能耗的28%左右，是能耗的主力軍。電梯的用電量僅次于空調(diào)，遠(yuǎn)高于照明、供水等的用電量，電梯的能耗已經(jīng)引起業(yè)界高度重視，社會對于電梯能耗的關(guān)注程度也在與日俱增，降低電梯的能耗、節(jié)約能源對于國民經(jīng)濟(jì)具有非常重要的現(xiàn)實意義。

1 電梯曳引機(jī)的節(jié)能

如果說控制柜是電梯的大腦，那么曳引機(jī)就是電梯的心臟，直接影響著電梯的節(jié)能效率。作為電梯的核心部件，曳引機(jī)技術(shù)經(jīng)過了蝸輪蝸桿傳動曳引機(jī)、行星齒輪和斜齒輪傳動曳引機(jī)、無齒輪傳動曳引機(jī)三個發(fā)展階段。永磁同步電機(jī)以其體積小，結(jié)構(gòu)簡單，可靠性高及高效節(jié)能等優(yōu)點成為當(dāng)前電梯曳引機(jī)的首選。通過采用無齒輪曳引技術(shù)，由永磁同步電機(jī)直接驅(qū)動，省卻了傳統(tǒng)的蝸輪蝸桿減速齒輪箱，大大提高了系統(tǒng)的傳動效率（約20%～30%）。雖然永磁同步電機(jī)（PMSM）較一般異步電機(jī)有較高的運行效率，但仍存在節(jié)能空間，特別是在低負(fù)載率和寬范圍變速運行時。從PMSM 損耗模型出發(fā)，忽略阻尼繞組時，永磁同步電機(jī)的損耗包含鐵損耗、銅損耗和機(jī)械損耗。

2 電梯驅(qū)動控制系統(tǒng)的節(jié)能

電梯技術(shù)中，驅(qū)動系統(tǒng)是典型的運動控制系統(tǒng)，它控制電梯的起動、加速、穩(wěn)速運行以及減速等運動方式。電梯驅(qū)動系統(tǒng)采用成熟的變頻調(diào)速技術(shù)早已成為當(dāng)今改善電梯驅(qū)動控制性能、提高電梯運行質(zhì)量的主要途徑。變頻調(diào)速技術(shù)淘汰了各類交流雙速驅(qū)動系統(tǒng)、取代了直流無齒輪驅(qū)動，不僅使電梯的運行性能優(yōu)越，同時也有效節(jié)約了能源、降低了損耗。如何來進(jìn)一步挖掘電梯變頻調(diào)速系統(tǒng)節(jié)能潛力以及進(jìn)一步提高驅(qū)動系統(tǒng)的應(yīng)用效率問題已成為電梯驅(qū)動特性應(yīng)用研究的一個重要課題。

2.1 變頻器再生能量回饋方式

電梯屬于位能負(fù)載，要求頻繁的起停，隨著載客量多少的變化、上下行的變換，要求電動機(jī)四象限運行。一般能量回饋器都是根據(jù)變頻器母線兩端的電壓UPN的大小來決定是否回饋電能，回饋電壓采用固定值UHK。在制動狀態(tài)時，電動機(jī)再生能量向中間直流環(huán)節(jié)電容進(jìn)行充電，當(dāng)電容的電壓超過設(shè)定值UHK時，逆變器開啟饋電功能，將再生能量逆變后反送電網(wǎng)。由于電網(wǎng)電壓波動，當(dāng)電壓偏高引起UPN大于UHK，逆變器會產(chǎn)生誤回饋。當(dāng)電壓偏低時，回饋到直流母線的電壓儲于電容中，該儲能會被電阻提前消耗，使回饋效果明顯下降。新型能量回饋器，采用電壓自適應(yīng)控制，即無論電網(wǎng)電壓如何波動，只有當(dāng)電梯機(jī)械能轉(zhuǎn)換成電能送入直流回路電容中時，新型能量回饋器才能及時將電容中的儲能回送電網(wǎng)，有效解決原有能量回饋的缺陷。

2.2 共直流母線的電梯控制系統(tǒng)

目前減少能量回饋次數(shù)，減少對電網(wǎng)的影響，在電梯使用頻率較大的地方，一般都是使用2臺或者多臺電梯，這對電梯的節(jié)能提供了一種新思路——共直流母線的節(jié)能方式，即將梯群的各驅(qū)動變頻器中直流部分并聯(lián)。共直流母線系統(tǒng)比較鮮明的特點是電動機(jī)的電動狀態(tài)和發(fā)電狀態(tài)可以能量互享，即連接在直流母線上的任何一臺電梯重載下降和輕載上升時產(chǎn)生的能量，都通過各自的逆變器反饋到直流母線上，連接在直流母線上的其他電梯就可以充分利用這部分能量，減少了從電力系統(tǒng)中消耗的能量，達(dá)到節(jié)約能源的目的。

3 電梯群控技術(shù)的節(jié)能

電梯全速運行時所消耗的電能遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于減速和加速時的電能消耗。電梯?？康拇螖?shù)越多，所消耗的電能就越多。通過智能派梯系統(tǒng)的最佳（高效）派梯，有效減少電梯系統(tǒng)的停靠次數(shù)，提高輸送效率，從而達(dá)到節(jié)能的目的。電梯群控系統(tǒng)是一個復(fù)雜的決策系統(tǒng)，具有多目標(biāo)性、隨機(jī)性和非線性等特點，難以采用精確的數(shù)學(xué)模型加以描述，因而傳統(tǒng)的控制方法很難提高系統(tǒng)性能。模糊控制技術(shù)在解決非線性、不確定性問題上具有很大的優(yōu)勢。它不需要建立所求解問題的精確數(shù)學(xué)模型，而是模仿人腦的推理能力，可以使許多復(fù)雜問題簡化。

4 展望

縱觀電梯節(jié)能技術(shù)的研究現(xiàn)狀，國內(nèi)外眾多電梯行業(yè)在尋求更加節(jié)能的電梯系統(tǒng)方面進(jìn)行了大量的研究和實踐，提出了許多具有建設(shè)性的新思路，并取得了一些具有實用性意義的成果。但由于電梯控制系統(tǒng)的復(fù)雜性及控制要求的不斷提高，關(guān)于電梯的節(jié)能研究尚有許多問題待深入研究，主要有以下幾個方面：

4.1永磁同步無齒輪曳引機(jī)技術(shù)的開發(fā)和應(yīng)用，使電梯電機(jī)拖動系統(tǒng)的運行效率更高，節(jié)能效果更加顯著，但由于永磁同步電機(jī)大量投入工業(yè)領(lǐng)域的時間尚短，許多現(xiàn)場試用參數(shù)尤其是電機(jī)的使用壽命尚無定論，因此如何將被控電機(jī)作為整個系統(tǒng)的一個研究對象來考慮，使電機(jī)的結(jié)構(gòu)更加合理，選用更高性能材料，提高制造工藝水平，減少諧波產(chǎn)生以及如何采用更新進(jìn)的控制策略進(jìn)一步提高曳引機(jī)及其驅(qū)動系統(tǒng)的可靠性和經(jīng)濟(jì)性等等值得我們進(jìn)一步探討。

4.2能量回饋型節(jié)能電梯已有較為成熟的技術(shù)，但因其價格因素以及對電網(wǎng)的影響，推廣尚有一定的難度。結(jié)合共直流母線方案，減少了整個驅(qū)動系統(tǒng)中的能量回饋裝置的重復(fù)配置，使系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)更為簡單合理、經(jīng)濟(jì)可靠，同時抑制了變頻器輸入端整流部分的工作周期，提高了系統(tǒng)的功率因素，降低了電網(wǎng)側(cè)輸入電流的諧波污染，大大地提高了整個梯群系統(tǒng)的節(jié)能效應(yīng)。

4.3隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，如何采用新能源（太陽能、風(fēng)能）驅(qū)動電梯，為電梯產(chǎn)業(yè)大幅度提高能源利用效率開辟新途徑，對實現(xiàn)電梯運行更加節(jié)能環(huán)保，更加降低成本提供可能;如何針對電梯控制系統(tǒng)，尋求更加完善的智能型電梯群控調(diào)度系統(tǒng)，精確調(diào)控減少等候時間、電梯就近?？俊⒖刂茰p少電梯的運行臺數(shù)，從而大大提高運輸效率。保護(hù)有限資源、降低能源損耗、減少環(huán)境污染關(guān)系整個社會的可持續(xù)發(fā)展。隨著每年的電梯數(shù)量、用電量逐年增長，電梯的節(jié)能降耗大有可為。

5結(jié)語

電梯技術(shù)的發(fā)展日新月異，人類利用自然資源、結(jié)合現(xiàn)代工控電子技術(shù)，創(chuàng)造節(jié)能環(huán)保產(chǎn)品將是未來電梯的發(fā)展趨勢。

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