孫文佳
大連特種設(shè)備檢驗檢測研究院有限公司 遼寧大連 116013
隨著節(jié)能減排工作在日常生活中的廣泛開展,對日常能源應(yīng)用的研究越來越普遍,電梯的節(jié)能效果也逐漸成為相關(guān)研究的重點。如何在高速和超高速電梯中實現(xiàn)節(jié)能效果,以及如何利用能量反饋技術(shù)是本文研究的重點。
在電梯、礦井提升機、港口起重機等場合,會有負(fù)載勢能、動能的變化。簡而言之,當(dāng)重量降低時,提升機和起重機的勢能下降,而離心機停止時,動能下降。從能量守恒定律我們可以知道,能量是守恒的,它不會無緣無故地消失,而是通過電動機轉(zhuǎn)化為可再生能源。事實上,大部分的能量都損失在使用變頻驅(qū)動器的設(shè)備中,因為耗能的制動電阻變成了熱量。想象一下,如果有一種設(shè)備可以利用這部分可再生能源并將其送回電網(wǎng),那么這部分電能就可以被節(jié)約,從而達(dá)到節(jié)能降耗的效果。能量反饋裝置就是這樣一個產(chǎn)品。電力電子轉(zhuǎn)換技術(shù)的主要功能是將上述設(shè)備在運行過程中產(chǎn)生的可再生能源進(jìn)行再利用,轉(zhuǎn)化為同步交流電,并轉(zhuǎn)回電網(wǎng)節(jié)約電能[1]。
隨著越來越多的高層建筑在城市中建造,電梯的使用也在增加。據(jù)統(tǒng)計,中國共有200多萬部電梯,每天約有15.84億人乘坐電梯。通過實際調(diào)查和分析的電力消耗酒店、商業(yè)辦公建筑和許多辦公大樓,認(rèn)為電梯的電力消耗是一樣的在電梯里用于制冷的空調(diào)房間,但比這更大的照明和水供應(yīng)。對于如此大的用電量的原因,通過計算和分析,原來在電梯工作時,電阻會產(chǎn)生很高的熱量,一般溫度都與百度一樣高。在如此高的溫度環(huán)境中,電梯很容易失敗,因此,為了使電梯的正常運行,需要安裝大量的空調(diào)或風(fēng)扇排氣,這些大型空調(diào)或風(fēng)扇的耗電量排氣是非常驚人的。甚至說,在一些地方能耗使用的冷卻設(shè)備,能耗遠(yuǎn)高于電梯,這是可怕的能量消耗,一個典型的電梯電力每天大約在30~80度,根據(jù)每個電梯平均每日50度,全國電力消耗在電梯里200萬號,每個電梯每年運行300天,每一天在我們國家電梯攝入約1億千瓦時電,電力消耗大約300億度。我國電梯年用電量相當(dāng)于大亞灣核電站25個月的發(fā)電量,說明電梯耗電量巨大。因此,電梯節(jié)能的現(xiàn)實是十分必要的。
能量反饋技術(shù)是將電梯現(xiàn)有和無用的直流電轉(zhuǎn)化為可用和有效的交流電。同時,將逆變器ac回送至局域網(wǎng)絡(luò)周圍的電梯進(jìn)行復(fù)用處理。
事實上,電梯運行的過程是一個電能和機械能轉(zhuǎn)換的過程,如果電梯需要重載或輕載,在這一點上,我們給電梯提供足夠的能量,所以可以增加機械勢能,然后電梯曳引機將電能轉(zhuǎn)換成機械勢能,曳引機是在一個國家權(quán)力;如果電梯需要輕載上升或重載下降,則必須降低電梯的機械勢能。電梯的機械能由拖拉機轉(zhuǎn)化為電能。此時,拖拉機正處于發(fā)電狀態(tài)。牽引機發(fā)電時必須及時處理產(chǎn)生的電能,否則會給牽引機造成損失。傳統(tǒng)的做法是通過加熱電阻將產(chǎn)生的電能中的熱能散發(fā)到空氣中。這導(dǎo)致電梯房的溫度非常高,通常需要通過空調(diào)和排風(fēng)機來冷卻。能量回饋技術(shù)的應(yīng)用選擇制動單元和電阻,通過自動檢測直流總線電壓的逆變器,逆變器直流環(huán)節(jié)逆變器直流電壓和電網(wǎng)電壓和交流電壓的頻率和相位,后經(jīng)過多次噪音過濾器連接到交流電網(wǎng),達(dá)到綠色環(huán)保的目標(biāo),環(huán)境保護(hù)和節(jié)約能源。該設(shè)備的目的是優(yōu)先考慮制動電阻,實現(xiàn)冗余電能的再利用,消除機房的主要散熱源,同時保證反饋電流不污染電網(wǎng)[2]。
能量反饋技術(shù)由于需要較大的制動力,可以為高速電梯和超速電梯提供良好的制動效果。因此,從傳統(tǒng)的外部制動技術(shù)來看,傳統(tǒng)制動不適合電梯的高速或超高速運行。如果將傳統(tǒng)的外力制動技術(shù)應(yīng)用于高速和超高速電梯的運行中,電容器容易燒壞,開關(guān)損壞,甚至?xí)﹄娞菹到y(tǒng)造成損壞,直接造成系統(tǒng)安全隱患。因此,傳統(tǒng)技術(shù)已不能滿足目前電梯系統(tǒng)快速運行的制動效果,利用能量反饋技術(shù)將成為未來高速電梯制動的最佳選擇。
能量反饋技術(shù)在高速電梯和超高速電梯中的應(yīng)用主要是為了解決電梯的制動和機械加熱問題,在應(yīng)用過程中產(chǎn)生的節(jié)能效果只是其附加效果。傳統(tǒng)的永磁同步無齒傳動技術(shù)常用于中低速電梯的制動裝置中。高速電梯和超高速電梯在運行過程中會因制動而產(chǎn)生熱量。因此,能量反饋技術(shù)可以應(yīng)用于高速和超高速電梯制動,實現(xiàn)電梯的制動和散熱效果,有效提高節(jié)能效果[3]。
由于能源的嚴(yán)重短缺,特別是電力在社會發(fā)展過程中受到經(jīng)濟(jì)的制約。因此,建設(shè)節(jié)約型社會越來越有必要。為了實現(xiàn)節(jié)能,我們需要從各個方面積極應(yīng)用節(jié)能的理念。電梯中的能量反饋技術(shù)不僅綠色環(huán)保,而且對高速電梯的制動有很強的安全保障。目前,我國把節(jié)能工作納入行政管理任務(wù),不斷提出建設(shè)節(jié)約型政府和節(jié)約型產(chǎn)業(yè)的理念。同時,國家制定了相應(yīng)的政策機制,確保環(huán)境保護(hù)政策的實施。如果據(jù)估計,有200萬個電梯,平均每日運行時間是3小時,和每一個電梯的電力消耗是1500萬,那么所有電梯在一天的用電量是9000萬度,所以每年的能源消耗約320億度。這幾乎是一個大城市的人均用電量,每年可以節(jié)約130億千瓦。由此可見,采用能量反饋技術(shù)可以有效改善環(huán)境保護(hù)問題,同時保證供電側(cè)電流為正弦,使電梯成為環(huán)保綠色產(chǎn)品。
根據(jù)建筑性質(zhì)、服務(wù)對象、使用面積、流量及下落等因素,可對電梯類型、數(shù)量、運行及停站樓層布置圖進(jìn)行優(yōu)化配置,使節(jié)能順利實現(xiàn)。
采用能量回饋技術(shù),使得電梯更加節(jié)能、環(huán)保和省電,另外采用能量回饋技術(shù)具有較強的抗干擾能力,可以保證電梯的安全穩(wěn)定的運行,借助能量回饋技術(shù)實現(xiàn)對電梯系統(tǒng)自測,從而有效的避免了電流的回送。在高速、超高速電梯制動的過程中,采用能量回饋技術(shù)獲得的制動效果很好,但是其節(jié)能效果僅僅為附加效果,因此對于能量回饋技術(shù)的節(jié)能還需要不斷進(jìn)行研究。目前最為常見的變頻調(diào)速系統(tǒng)為四象限行,它實現(xiàn)了制動和節(jié)能雙重效果。