陸剛

摘 要：在民用住宅類建筑中，電梯的能耗占到建筑總能耗的5%左右，而在商用辦公寫字樓，電梯能耗占建筑能耗占比高達(dá)7%，電梯已成為建筑中除制冷制暖和照明電氣外最大的能耗開支，生產(chǎn)節(jié)能環(huán)保型電梯刻不容緩。

關(guān)鍵詞：電梯節(jié)能；變壓變頻調(diào)速；能量回饋

一、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)動控制系統(tǒng)中得到了最廣泛的應(yīng)用。電梯驅(qū)動系統(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，取代了直流無齒輪驅(qū)動，不僅使電梯的運(yùn)行性能優(yōu)越，同時也有效地節(jié)約了能源，降低了損耗。以下按照電梯運(yùn)行的不同階段來分析VVVF 電梯的節(jié)能性。電梯運(yùn)行可簡化為起動、穩(wěn)速運(yùn)行、制動 3 個階段。（1）起動階段：VVVF 由于在低頻條件下起動，無功電流小，從而大大降低了總的起動電流，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，由于倒拉效應(yīng)，ACVV 電梯要從電網(wǎng)取得能量產(chǎn)生制動轉(zhuǎn)矩，而 VVVF 電梯工作在再生發(fā)電制動狀態(tài)，不需從電網(wǎng)中獲得能量。（3）制動段：ACVV 電梯在制動段一般采用能耗制動方式，即從電網(wǎng)中取得能耗制動電流，電流變成熱能消耗在電機(jī)的轉(zhuǎn)子中，對于較大慣性輪的電機(jī)，能耗制動電流可達(dá)到60～80 A，電機(jī)的發(fā)熱也比較嚴(yán)重。而 VVVF 電梯在制動段不需從電網(wǎng)中獲得任何能量，電動機(jī)運(yùn)行在再生發(fā)電制動狀態(tài)，電梯系統(tǒng)的動能轉(zhuǎn)化成電能消耗在電機(jī)外部電阻上，不僅節(jié)能，而且也避免了制動電流引起的電機(jī)發(fā)熱現(xiàn)象。經(jīng)實(shí)際運(yùn)行測算比較，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)備的容量和電動機(jī)的容量達(dá)30%以上。

二、能量回饋技術(shù)

電梯的結(jié)構(gòu)可以簡單地看作為一個定滑輪及其兩側(cè)的重物，一側(cè)的重物為轎廂及乘員，另一側(cè)的為對重，起到定滑輪作用的是曳引機(jī)。電梯工作時，曳引機(jī)拖動兩邊的重物將電能與重力勢能互相轉(zhuǎn)化。當(dāng)轎廂與乘員的重量超過對重的重量，電梯上行時，電機(jī)做功，將電能轉(zhuǎn)化為勢能；下行時，重力做功，將勢能轉(zhuǎn)化為電能。當(dāng)轎廂與乘員的重量小于對重的重量，電梯上行時，重力做功，將勢能轉(zhuǎn)化為電能；下行時，電機(jī)做功，將電能轉(zhuǎn)化為勢能。由重力勢能轉(zhuǎn)化而成的電能，通過電機(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消耗，累積超過了電容能容納的極限，將會損壞變頻器，所以，比較普遍的做法是，將這些電能通過發(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）簡單的能耗制動有時不能及時抑制快速制動產(chǎn)生的泵升電壓，限制了制動性能的提高。同時，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)來降溫，增加了能源的消耗。通過使用能量回饋裝置，可以很好地解決這個問題。能量回饋裝置能夠?qū)崟r地檢測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，在制動時都成為一部小型發(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 20 層的電梯一年可以節(jié)省6 000 kW·h 電能左右，一個擁有 100 部電梯的小區(qū)，一年則可節(jié)省 60 萬 kW·h 電能，相當(dāng)于 800 個家庭 1 年的用電量。

三、群控技術(shù)

群控電梯就是多臺電梯集中排列，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。召喚信號的分配采用最小等待時間原則，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)時調(diào)配具有最快響應(yīng)時間可能性的電梯來應(yīng)答每一個召喚，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)雖然不能使某一臺電梯運(yùn)行時達(dá)到節(jié)能的效果，但可以通過合理的調(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?？偠灾?，電梯群控技術(shù)可以通過樓內(nèi)具體情況，及時調(diào)配每個電梯的運(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)時間，但是容易致使電梯運(yùn)行效率低、電梯扎堆的現(xiàn)象?，F(xiàn)今的群算法為調(diào)度算法，它的實(shí)質(zhì)是在一個變化的環(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，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。

四、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，一臺電梯是不夠的，因此往往都是用兩臺或者多臺電梯同時使用。這樣就可以考慮把其中的一臺或者兩臺在發(fā)電的時候產(chǎn)生的多余能量反饋到一條這幾臺電梯共同使用的母線上，以此來達(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，每一臺電梯都能在運(yùn)行過程中，通過自身的逆變器，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)其中的某一臺電梯發(fā)生故障的時候，只要切斷該電梯上的空氣開關(guān)就可以了。該方案具有結(jié)構(gòu)簡單、成本低、安全可靠的優(yōu)點(diǎn)。

參考文獻(xiàn)

[1]田學(xué)成，李重遠(yuǎn).電梯節(jié)能技術(shù)的現(xiàn)狀與研究方向[J].低碳世界.2016（19）

[2]白金光.住宅區(qū)電梯節(jié)能改良的綜合措施探究[J].中國高新技術(shù)企業(yè).2014（13）

（作者單位：奧的斯高速電梯（上海）有限公司）