摘要：通過(guò)對(duì)電梯節(jié)能枝術(shù)基本原理的研究和對(duì)一種典型電梯電能回饋裝置的檢測(cè)，分析電梯節(jié)能的實(shí)際效果，提出電梯電能回饋裝置應(yīng)用和推廣的建議。

關(guān)鍵詞：電梯；節(jié)能；回饋；測(cè)試

1 前言

隨著近年經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，人民生活水平的不斷提高，我國(guó)電梯的擁有量呈不斷增加的趨勢(shì)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，截止到2008年底，全國(guó)電梯擁有量已達(dá)到115.3萬(wàn)臺(tái)，且增長(zhǎng)迅速，電梯耗能所占比例也隨之提高。由于全球能源的日趨緊張，以及持續(xù)發(fā)展、清潔發(fā)展的要求，節(jié)能技術(shù)正逐步在電梯上應(yīng)用和推廣，各類(lèi)電梯電能回饋裝置開(kāi)始進(jìn)入市場(chǎng)。2008年4月1日起實(shí)施的《節(jié)約能源法》第十六條第三款規(guī)定：“對(duì)高耗能的特種設(shè)備，按照國(guó)務(wù)院的規(guī)定實(shí)行節(jié)能審查和監(jiān)管”，國(guó)家質(zhì)檢總局《關(guān)干推進(jìn)高耗能特種設(shè)備節(jié)能監(jiān)管工作的指導(dǎo)意見(jiàn)》(國(guó)質(zhì)檢特函[2008]264號(hào)文)提出：“研究換熱壓力容器，電梯、起重機(jī)械等高耗能特種設(shè)備耗能規(guī)律與節(jié)能技術(shù)，為全面推進(jìn)高耗能特種設(shè)備節(jié)能監(jiān)管工作奠定基礎(chǔ)?！币虼?，開(kāi)展電梯能量回饋技術(shù)的研究與測(cè)試是大勢(shì)所趨。

2 電梯節(jié)能技術(shù)基本原理

電機(jī)拖動(dòng)系統(tǒng)節(jié)約電能的方法主要有兩大類(lèi)：第一類(lèi)是提高電機(jī)拖動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)行效率，如電梯曳引機(jī)采用變頻器調(diào)速取代異步電動(dòng)機(jī)調(diào)壓調(diào)速，提高了電動(dòng)機(jī)運(yùn)行效率，達(dá)到了節(jié)能的效果。這種方式現(xiàn)已在電梯上大量應(yīng)用。

此外，由于電梯在啟動(dòng)運(yùn)行達(dá)到最高運(yùn)行速度后具有最大的機(jī)械動(dòng)能，電梯到達(dá)目標(biāo)層前要逐步減速直到電梯停止運(yùn)動(dòng)為止，這一過(guò)程電梯就會(huì)釋放機(jī)械動(dòng)能。同時(shí)，曳引式電梯還是一個(gè)勢(shì)能性負(fù)載，轎廂載重與對(duì)重裝置之間有質(zhì)量差時(shí)，電梯運(yùn)行時(shí)會(huì)產(chǎn)生機(jī)械勢(shì)能，特別是當(dāng)電梯空載上行和電梯滿載下行時(shí)均會(huì)釋放出大量的機(jī)械勢(shì)能。對(duì)于采用變頻變壓調(diào)速的電梯，運(yùn)行中釋放的機(jī)械能(含位能和動(dòng)能)通過(guò)電動(dòng)機(jī)和變頻器轉(zhuǎn)換成直流電能儲(chǔ)存在變頻器直流回路的電容中。此時(shí)電容就好比是一個(gè)小水庫(kù)，回送到電容中的電能越多，電容電壓就越高，如不及時(shí)釋放電容中儲(chǔ)存的電能，就會(huì)產(chǎn)生過(guò)壓保護(hù)，最終導(dǎo)致電梯停止運(yùn)行。目前國(guó)內(nèi)絕大多數(shù)變頻調(diào)速電梯采用制動(dòng)電阻消耗電容中儲(chǔ)存電能的方法來(lái)防止電容過(guò)電壓，但種方法不僅降低了系統(tǒng)能耗的效率，電阻產(chǎn)生的大量熱量還惡化了電梯控制柜周邊的環(huán)境。因此，電梯節(jié)能的第二類(lèi)方法就是將運(yùn)動(dòng)中負(fù)載上的機(jī)械能(含位能和動(dòng)能)通過(guò)專(zhuān)用裝置變換成電能并回饋給交流局域電網(wǎng)，供附近其他用電設(shè)備使用，使系統(tǒng)在單位時(shí)間內(nèi)消耗電量下降。從而達(dá)到節(jié)約電能的目的。

3 電梯能量回饋裝置的作用

電梯能量回饋裝置的作用就是將電容中儲(chǔ)存的電能回送到交流局域電網(wǎng)中，供周邊其它用電設(shè)備使用，而不是消耗在制動(dòng)電阻上。雖然每次反饋的電能并不多，但積少成多，這種節(jié)能方式往往能達(dá)到十分明顯的節(jié)電效果。此外，由于無(wú)電阻發(fā)熱元件，機(jī)房溫度明顯下降，可以節(jié)省機(jī)房?jī)?nèi)空調(diào)的耗電量，在許多情況下，節(jié)約空調(diào)的耗電量往往帶來(lái)更大的節(jié)電效果。

4 國(guó)內(nèi)外電梯能量回饋技術(shù)研究現(xiàn)狀

為了解決電動(dòng)機(jī)處于再生發(fā)電狀態(tài)產(chǎn)生的再生能量，德國(guó)西門(mén)子公司已經(jīng)推出了電機(jī)四象限運(yùn)行的電壓型交—直—交變頻器，日本富士公司也成功研制了電源再生裝置，如RHR系列、FRENIC系列電源再生單元，它把有源逆變單元從變頻器中分離出來(lái)，直接作為變頻器的一個(gè)外圍裝置，可并聯(lián)到變頻器的直流側(cè)，將再生能量回饋到電網(wǎng)中。同時(shí)，已見(jiàn)到國(guó)外有四象限電壓型交—直—交變頻器及電網(wǎng)側(cè)脈沖整流器等的研制報(bào)道。但這些裝置價(jià)格相對(duì)昂貴，一些產(chǎn)品對(duì)電網(wǎng)的要求也很高。

國(guó)內(nèi)目前也已有廠家研制出新型的電梯專(zhuān)用電能回饋裝置，新型能量回饋器與一般能量回饋器相比的一個(gè)最主要的特點(diǎn)是具有電壓自適應(yīng)控制回饋功能。一般能量回饋器是根據(jù)變頻器直流回路電壓UPN的大小來(lái)決定是否回饋電能，回饋電壓采用固定值UHK。由于電網(wǎng)電壓的波動(dòng)，UHK取值偏小時(shí)，在電網(wǎng)電壓偏高時(shí)會(huì)產(chǎn)生誤回饋，UHK取值偏大時(shí)，則回饋效果明顯下降(電容中儲(chǔ)能被電阻提前消耗了)。新型能量回饋器采用電壓自適應(yīng)控制，即無(wú)論電網(wǎng)電壓如何波動(dòng)，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(shí)，新型能量回饋器才及時(shí)將電容中的儲(chǔ)能回送電網(wǎng)，有效解決了原有能量回饋裝置的缺陷。同時(shí)，在現(xiàn)有國(guó)產(chǎn)能量回饋裝置中，也存在良萎不齊的情況：有的產(chǎn)品節(jié)能效果不理想，也有的產(chǎn)品反饋的電能質(zhì)量尤其是電流的諧波總量不能符合國(guó)家有關(guān)要求，這樣就會(huì)對(duì)局域電網(wǎng)造成污染，影響到電梯周邊電器的穩(wěn)定使用。

截止目前，我國(guó)針對(duì)電梯能耗及電梯能量回饋裝置的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、管理規(guī)定等尚未出臺(tái)。

5 對(duì)一種典型電梯能量回饋裝量的跟蹤檢測(cè)

為了了解電梯能量回饋裝置的實(shí)際使用情況，我們?cè)谑袌?chǎng)上選取了一種典型的電梯能量回饋裝置，從2008年5月開(kāi)始連續(xù)1年對(duì)其進(jìn)行跟蹤檢測(cè)。該臺(tái)裝置安裝在某商務(wù)中心一臺(tái)28層28站、額定載重量1350Kg、額定速度2.5m／s的電梯上，該電梯全天24小時(shí)運(yùn)行，使用頻繁。檢測(cè)內(nèi)容主要包括三個(gè)方面：

(1)電梯安裝能量回饋裝置后的安全性能

(2)電梯安裝能量回饋裝置后的節(jié)能效果

(3)電梯能量回饋裝置所反饋電能的質(zhì)量

考慮到可對(duì)比性，每次檢測(cè)分別在空載、25％額載、50％額載、75％額載，滿載等五種典型工況下進(jìn)行。

檢測(cè)結(jié)果表明：該臺(tái)電梯在安裝電能回饋裝置1年期間，安全性能符合GB7588—2003《電梯制造與安裝安全規(guī)范》以及《電梯監(jiān)督檢驗(yàn)規(guī)程》的要求，未發(fā)現(xiàn)電梯相關(guān)部件損壞的情況；在五種典型工況下，電梯的耗電量相對(duì)于未安裝回饋裝置時(shí)節(jié)約27.02—56.40％，根據(jù)用戶實(shí)際使用的反饋情況，1年來(lái)的綜合節(jié)電率為30％左右(未包含機(jī)房中空調(diào)停用的節(jié)電量)，對(duì)電梯運(yùn)行過(guò)程中的回饋電源質(zhì)量進(jìn)行監(jiān)測(cè)，電壓，電流波形與諧波畸變總率THD等符合GB／T14549—1993《電能質(zhì)量公用電網(wǎng)諧波》的相關(guān)規(guī)定，未發(fā)現(xiàn)電梯周邊用電設(shè)備損壞的情況。

同期，我們也選取了其它電梯進(jìn)行了類(lèi)似測(cè)試，發(fā)現(xiàn)不同型號(hào)規(guī)格的電梯安裝能量回饋裝置后節(jié)能效果不盡相同，有的甚至無(wú)明顯的節(jié)能效果。

6 思考與建議

1)在用電梯采用加裝電能回饋裝置節(jié)能的方式效果明顯，具體與電梯整機(jī)的配置、曳引電動(dòng)機(jī)與調(diào)速系統(tǒng)的匹配性能及實(shí)際運(yùn)行情況等有關(guān)，但并不是所有的電梯都適合安裝，建議在提升高度大、速度快，使用頻繁的變頻變壓調(diào)速電梯上優(yōu)先推廣使用。

2)在目前市場(chǎng)上產(chǎn)品尚未完全規(guī)范的情況下，電梯使用單位應(yīng)謹(jǐn)慎選用參數(shù)匹配、性能優(yōu)良的電能回饋裝置，以保證在節(jié)約能源的同時(shí)，電梯的安全性能不受影響，回饋的電能質(zhì)量符合要求。

3)電梯加裝電能回饋裝置時(shí)。不宜拆除原制動(dòng)電阻單元，以保證電能回饋裝置發(fā)生故障時(shí)電梯仍能正常運(yùn)行。

4)建議國(guó)家盡早出臺(tái)相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)與管理規(guī)定，規(guī)范電梯節(jié)能市場(chǎng)。

7 結(jié)束語(yǔ)

由于我們涉及電梯能量回饋技術(shù)研究與測(cè)試的時(shí)間不長(zhǎng)，檢測(cè)數(shù)量有限，對(duì)上述問(wèn)題的分析難免存在局限性，在此主要起到拋磚引玉的作用，文中如有不妥之處，望能得到有關(guān)專(zhuān)家的批評(píng)指正。