超级电容背景下电梯节能控制技术分析

摘要：建筑能耗约占我国总能耗的30%，据调查结果显示，排在第一位的是空调，而电梯仅次于空调，要远远高于照明供水等用电量，由于电梯的能耗较高，研究其节能控制技术在经济上和社会上都有重大意义。

关键词：超级电容；电梯节能控制技术

中图分类号：TU857 文献标识码：A 文章编号：

超级电容在电梯节能中的应用

超级电容器，也叫双电层电容器，是一种新型的储能装置，它具备许多优点，如无污染、功率密度高、能量密度高、循环使用寿命长等，已广泛运用于重用电源、电动汽车等领域。它在电梯节能中的节能表现如下：

1.超级电容在电梯节能装置工作原理中的应用

从图1中可知，其节能原理就是把电梯电机释放的再生能量存储在超级电容，做充电用，已达到技能的目的。当超级电容充满电时，则会自动停止对其供电，此技术不会引起电网的谐波干扰，能够保护电梯元件，有利于提高电梯电机的可靠性。

2、超级电容工作选择

为避免变换器的能耗过大，超级电容的电压应接近曳引机电机的电压，选择工作电压时，要对超级电容的使用次数和电梯的使用频率做充分的考虑。

3.超级电容器组均压装置

制作超级电容时，由于受工艺等因素的限制，超级电容单体难以达到一致，在内阻等方面必然有所不同，导致单体在串联并联使用时分压不均，减少单体的使用寿命，从而大幅度降低了单体的工作效率。为使单体发挥最大作用，需增加均压装置。

4.超级电容放电时间的确定

超级电容在电梯开始运行时通过切换外部的交流电网位置供电，而电梯从上升到匀速之前，超级电容呈放电状态。可通过分析电梯运行过程中速度变化的时间来选择超级电容的放电时间。

二、电梯节能的措施

曳引机驱动轿厢升降所消耗的电能是电梯耗电的主要来源，电动机的消耗至少占总耗电量的70%，因此，电梯节能的关键在于研发高效能的电机拖动系统。电机拖动系统主要有两种途径进行节能：一是提升电机拖动系统的工作效率。目前提升电动机的工作效率所使用的最广泛的方法是利用变频器调速技术，除此外，发展应用永磁同步无齿轮曳引机技术，也能使电动机拖动系统的工作效率得到提升，节能效果更加明显。二是利用能量回馈装置的方式把运行过程中负载的机械能转变成电能并回馈给交流电网，通过这种方法，可以降低电动机拖动系统固定时间内消耗的电能。

（一）电动机拖动系统的节能技术

电梯运行的原理是：在电动机的带动下，曳引机驱动电梯的轿厢上下来回运行，曳引机一般可分为两种：有齿轮曳引机和无齿轮曳引机。

有齿轮曳引机通常采用蜗轮——蜗杆进行减速传动，有时也用斜齿轮传动，一般情况下，减速比约为35:2；电动机多采用永磁同步的交流电动机或异步电动机，低速电梯一般选用直流电动机。

无齿轮曳引机没有减速器，以前常采用直流电动机作为运行的动力，现在则常使用大扭矩交流永磁同步电动机作为运行动力，绕升的比例多为2:1或1:1

使用高效能的有齿轮曳引机

按传动机构分，有齿轮曳引机主要有蜗轮——蜗杆式、行星齿轮式和斜齿轮室三种，三种曳引机的特点比较如图1，从中可以看出，蜗轮——蜗杆式曳引机的效率相对较低，虽然只有70%，但由于它具有转矩能力大的特性，且技术较成熟，当前在低速电梯和各种货梯中仍大量使用。行星齿轮和斜齿轮式的曳引机工作效能较高，达90%以上，但齿轮的加工精度高、成本也高，因此在我国并没得到普遍应用。

另外，在电动机的选择上，永磁同步电动机的效率至少比交流异步电动机高10%，这也是一种有效的节能方法。

无齿轮曳引机代替有齿轮曳引机

永磁同步无齿轮曳引机技术是一种新兴的电梯曳引技术，依靠的基础有二：一、具有大转矩和低速性能的永磁同步电动机技术；二是现代电力电子技术。如今，永磁同步曳引机不断研发大吨位载重产品，成本也越来越低，将来定能取代蜗轮——蜗杆传动曳引机。

与有齿轮曳引机不同，永磁同步曳引机的驱动低速直接，优点如下：

2.1不需要获取无功电流，不需要励磁绕组，因此功率因数和效率较高，效率可提高约30%。此外，它发热小，不需要风扇进行冷却。

2.2电动机的体积小、质量轻，缩小占用地方空间，甚至朝无机房的方向发展，材料的选择由于选了高性能的钕铁硼，节约了减速齿轮箱。

2.3在定向矢量控制上，使用了转子磁场，因此转矩、速度等特性近似于直流发动机，变频器容量和电动机的功率都比较小，电流比感应电动机低。在和变频器的综合利用上，由于变频器的容量不断降低，永磁同步和有齿轮曳引机两者的综合成本差不多，或者还要低于有齿轮的曳引机。

2.4维修简便，降低环境污染度。

2.5在短接无齿轮曳引机绕组的基础上，凭借自身的反电动势，可加强安全保护，使蜗轮——蜗杆的自锁功能得以实现。

2.6轴承的噪音低，风扇和蜗轮——蜗杆都没有噪声，主要是因为它选用了低速直接驱动，达到了无机房的标准，比有齿轮曳引机的噪音降低5db.

（二）能量回馈上的节能技术

此技术常用的方法有两种，安装能量回馈装置或使用带有能量回馈技术的电梯。

使用带有能量回馈技术的电梯

1.1微处理器采用高新技术，精度高、速率快、抗干扰能力强、稳定性能好。

1.2能量转换率高达97%，能大幅度地节省能量。

1.3由于采用了PWM脉宽调制技术，有准确的输出相位，能够是告辞谐波得到有效控制。

1.4能够回收利用由制动产生的能量，系统既能节能，又可以环保。

1.5噪声滤波器和电抗器的采用，可使其直接驳接380V—460V的电网，如果起制动比较频繁，节电效果更加明显。

1.6由于系统减少了发热量，空调就可以不再使用，如此则减少了日常的维护工作，是电梯的寿命得到提高。

安装能量回馈装置的电梯

此方法可取的更好的节能效果，据调查，在型号、品牌一致的情况下，安装回馈装置的节电率能保持在22%—45%，功率越高，节能越明显。所以，目前既适用又能取得最好节能效果的城市就是安装能量回馈装置。

参考文献：

[1]严兵弟.电梯节能技术分析与探讨[J].甘肃科技，2011,27（17）：93-95

[2]邵永青.超级电容在电体节能中的应用[J].工业技术，2011,19（12）：123-123