电梯节能技术及其应用探讨

摘 要：电梯系统属国家特种设备管理，在工程建设中由建筑设计院负责设计，电梯生产单位提供设计、制造、安装调试和运行维护管理。建筑智能化系统对电梯系统只监测运行状态。按照国家建筑节能的有关规定，电梯系统也有很大的节能潜力。本文主要探讨电梯节能原理及其应用。

关键词：电梯；节能技术；维护

随着高层建筑物的增多，电梯越来越多地成为了建筑物中不容忽视的能耗设备，在电梯的能效评价没有统一的标准之前，对于什么是节能电梯，节能多少，很难下一个明确的结论。由于电梯的速度、载重量等规格的不同，在不同楼宇中使用的工况有别，所以在评价一台电梯的能耗和节能效果时得出的结论也不相同。电梯在到达目的楼层前，要逐步减速，直到电梯停止运动为止。这一过程是电梯负载释放机械动能的时段[1]。

1.节能原理

有关统计数据表明，电动机拖动负载消耗的电能占电梯总耗电量的70%以上，电动机及其所拖动负载的节能具有特别重要的社会意义和经济效益。电动机及其负载节约电能的途径主要有两大类：①提高电动机或负载的运行效率。如电梯驱动用变频器调速取代传统的交流异步电动机调压调速，这是以提高电动机运行效率为目标的节能措施。②将电动机已转换到负载上的机械能反变换成电能并回馈再生利用，使电动机和负载在单位时间内消耗的电网电能下降，从而达到节电的目的。有源能量回馈器即属于此类节约电能的典型装置。电动机拖动负载旋转运动即具备了动能，如果电动机曳引上、下运动的负载（如电梯、吊车、水库闸门等）则又具备了位能。电动机拖动负载减速运动时，其动能将释放出来。当位能性负载下降运动时位能减少，其机械位能也将释放出来。如果能有效地将这两部分机械能转换成电能并回馈再生利用，就可达到节约电能的目的。以电梯运行为例，介绍第②类节能装置的原理。采用变频调速的电梯起动达到最高运行速度后，具有最大的动能[2]。

2.电梯节能技术分析

目前变频器泄放大电容中电量的方法是，采用制动单元和外加大功率电阻，将大电容中的电量消耗在外加大功率电阻上。这部分电能被白白浪费掉。而有源能量回馈器则可以将大电容中储存的电量无消耗地回收和再利用，从而既达到了节电目的，又避免了大功率电阻耗电发热，大大改善了系统的运行环境。电梯还是一个位能性负载，为了均匀拖动负荷，电梯负载由载客轿厢和对重平衡块组成。只有当轿厢载重量约为50%（如1000kg载客电梯乘客为7人左右）时，轿厢和对重平衡块才处于双方质量基本平衡状态，否则，轿厢和对重平衡块就会有质量差，使电梯运行时产生位能。电梯质量重的部件上行时，由电动机吸收电网电能转换的位能增加。电梯质量重的部件下行时，位能减少，减少的位能释放出来，通过电动机转变为变频器直流环节大电容中储存的电能，有源能量回馈器再将这部分电能回馈而再生利用。分析计算和样机实测表明，电梯的梯速越快，楼层越高，机械传动消耗越小，则可以回馈的能量越多，最多回馈电量可达电梯总消耗量的46%，即节电率可达46%。以上分析表明，在电梯、吊车等快速上下运动的装备中，采用有源能量回馈器具有明显的节能效果。

有源能量回馈器的结构有源能量回馈器的主电路由IGBT、智能模块IPM、隔离二极管VD1、VD2、滤波电感、电容等元器件组成。IPM模块是主电路中的核心元件，它将直流电能逆变为与交流电网同步的三相电流回送电网。其完善的保护（过电压、欠电压、过电流、过热等）功能，保证了有源能量回馈器安全可靠地运行。二极管VD.、VD2可防止有源能量回馈器反送电能给变频器，确保系统安全运行，阻止IPM模块高频开关产生的高次谐波电流进入电网，提高有源能量回馈器的电磁兼容（EMC）性能。宜选用采用节能装置（如永磁同步曳引机、可变速电梯、具有能量回馈装置等）和具有开放协议接口的电梯，电梯系统应具智能群控管理系统与远程监测维护功能[3]。

3.电梯节能的应用

LEHY电梯是由上海三菱电梯有限公司研制的小机房系列电梯，载重量630-1350kg，额定速度1-2.5m/s的所有规格的电梯，采用了国际先进的PM（永磁同步无齿轮）曳引机和VVVF变压变频驱动控制技术，又有先进的管理调配和节能功能，是适用于住宅、商务楼的中高档电梯产品。具有节能和环保的如下特点：①其机房的平面面积与井道截面相等，约为传统的电梯机房面积的1/3-l/2，节省了建材和土地资源。②采用了微机网络控制的、变压变频空间矢量控制的交流调速技术。各个子系统CPU，相互间通过高效和高可靠性的CAN（现场总线）总线连接，故障率低，为客户减少了大量的维修人力和物力，可以取得可观的节能效应。③与交流的ACVV调压调速电梯相比，LEHY电梯每台节省电能近50%。以1.75m/s、1000kg、18层站的LEHY电梯为例，平均每年每台可节电达8760kwh。与传统的异步电动机驱动的蜗轮-蜗杆曳引机电梯系统相比，节约电能30%-50%。④应用专家系统、模糊逻辑和神经网络控制的电梯群控调配技术，提高了电梯输送效率，缩短了乘客候梯时间30%以上，减少了电梯启动和运行次数，从而达到了节能效果。⑤电梯有轿厢照明自动熄灭和轿厢风扇自动停止的选择功能，即电梯在休眠（没有乘客需要服务）时，将轿厢照明和风扇自动关闭，达到节省大量电能的目的。⑥电梯的层站及操纵箱显示在电梯不服务时，能自动变暗或熄灭，以节省电能。⑦具有防捣乱功能。如果有小孩或他人恶意按下了许多电梯指令按钮，则电梯会根据称量值，自动取消恶意指令，或可以由乘客将无效指令按压消除，避免电梯无目的的乱跑，消耗大量能量。⑧LEHY电梯的PM曳引机具有小型化和轻型化的特点，具有低振动，低噪声，安全性和可靠性高，结构尺寸小、环境污染少等优点，替代传统有齿轮曳引机已成为不可逆转的趋势。其整机厚度及重量约为蜗轮-蜗杆曳引机的l/4-l/2。减少了原材料的使用，使电梯小机房的布置非常方便。⑨采用了具有更高抗干扰性能的DC3.3V低内核电压CPU及其他低工作电压的芯片（传统的CPU和芯片是DC5V工作电压），大大降低了控制主板的功率损耗。⑩使用了大规模ASIC电路和表面贴装技术，减少了双列直插分立元器件的使用。在相同功能情况下缩小了印刷电路板面积（约只有原来的l/3）。减少了原材料的使用，降低了器件的功率损耗。?采用VVVF矢量控制变压变频凋速的无连杆门机，并采用速度、电流的双闭环控制，不仅开关门更平滑，维修方便，还达到了节能的目的。?采用了先进的IPM功率模块，IPM比先前的IGBT功率小（即开关损耗小），降低了能源消耗，节省了铝制的散热器材料[4]。

4.结束语

总之，变频调速器通过电动机可以将这一时段的机械能转变成电能，存储在变频器直流环节的大电容中。此时大电容好比一座储量有限的小水库，由机械动能转变成的电能好比储存在小水库内的水。如不及时排放小水库中注入的水，则水库会发生溢出事故。同理，如不及时泄放大电容中的电量，也会发生过电压事故。

参考文献：

[1]周科. 电梯节能及能量回馈节能技术在电梯节能中的实践应用漫谈[J]. 无线互联科技，2013，02：212.

[2]乐晓东. 电梯节能与绿色环保技术探讨[J]. 无线互联科技，2013，02：207.

[3]李敏. 电梯节能技术探讨[J]. 机电信息，2013，12：110-111.

[4]张星. 基于电梯节能的可再生能量系统[J]. 硅谷，2013，07：40.