有源能量回馈器在电梯节能方面的应用

２００８年第　期（总第　卷第　ｏ　期）　Ｎ０．７　ｉｎ　２００８（Ｔｏｔａｌ　Ｎｏ．２０９，Ｖｏ１．３６）　建筑节台琶　■暖通与设备　ＨＥＡＴＩＮＧ　ＶＥＮＴＩＬＡＴＩＯＮ＆ＥＱＵＩＰＭＥＮｑ　有源能量回馈器在电梯节能方面的应用　张家胜，努尔泰，陈飞　（新疆维吾尔自治区特种设备检验研究院，乌鲁木齐８３ｏｏｏｏ）　摘要：　电梯进入减速运行时，电动机处于再生发电状态，再生的大量电能由于整流器的不可逆性而无法回馈到电网，只能通过制动电　阻消耗掉，造成了能源浪费。而采用有源逆变器能量回馈器可将大电容中电量无消耗地回送给电网，达到节电目的，同时又无　耗电发热的大功率电阻，大大改善了系统的运行环境。　关键词：　节能；　能量回馈器；　电梯　中图分类号：ＴＵ８５　文献标志码：　Ａ　文章编号：　１６７３—７２３７（２００８）０７—００１８—０２　Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｏｆ　Ａｃｔｉｖｅ　Ｅｎｅｒｇｙ　Ｂａｃｋ　Ｃｏｕｐｌｉｎｇ　ｉｎ　ｔｈｅ　Ｅｌｅｖａｔｏｒ　Ｅｎｅｒｇｙ　Ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ　ＺＨＡＮＧ　ｓｋ，　Ｎｕｅｒｔａｉ，ＣＨＥＮＦｅｉ　（Ｘｉｎｊｉａｎｇ　Ｕｙｇｕｒ　Ａｕｔｏｎｏｍｏｕｓ　Ｒｅｇｉｏｎ　Ｓｐｅｃｉ￣Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ　Ｅｘａｍｉｎａｔｉｏｎ　Ｒｅｓｅａｒｃｈ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｕｒｕｍｃｈｉ　８３００００，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｗｈｅｎ　ｅｌｅｖ　０ｒ　ｄｅｃｅｌｅｒａｔｅｓ　ｅ　ｅｌｅｃｔｒｉｃ　ｍｏｔｏｒ　ｉｓ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ　ｏｆ　ｒｅｇｅｎｅｒｔａｉｏｎ　ｅｌｅｃｔｒｉｃｉｔｙ　ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ．Ａ　ｎｄ　ｔｈｅ　ｍａｓｓｉｖｅ　ｅｌｅｃ—　ｔｒｉｃａｌ　ｅｎｅｒｇｙ　ｏｆ　ｒｅｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ　ｉｓ　ｕｎａｂｌｅ　ｔｏ　ｒｅｔｕｒｎ　ｔｏ　ｔｈｅ　ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ　ｎｅｔｗｏｒｋ　ｂｅｃａｕｓｅ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｉｒｒｅｖｅｒｓｉｂｉｌｉｔｙ　ｏｆ　ｂａｃｋ　ｃｏｕｐｌｉｎｇ　ｒｅｃｔｉｉｆｅｒ，ｏｎｌｙ　ｃａｎ　ｂｅ　ｃ０　ｍｅｄ　ｔｈｒｏｕｇｈ　ｔｈｅ　ｂｒａｋｅ　ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ，ｗｈｉｃｈ　ｈａｓ　ｃｒｅａｔｅｄ　ｔｈｅ　ｅｎｅｒｇｙ　ｗａｓｔｅ．Ｂｕｔ　ｔｈｅ　ａｃｔｉｖｅ　ｉｎｖｅｎ　ｅｎｅｒｙｇ　ｂａｃｋ　ｃｏｕｐｌｉｎｇ　ｃａｎ　ｍａｋｅ　ｔｈｅ　ｅｌｅｃｔｒｉｃ　ｑｕａｎｔｉｔｙ　ｏｆｂｉｇ　ｅｌｅｃｔｉｒｃ　ｃａｐａｃｉｔｙ　ｎｏ　ｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎ　ｒｅｔｕｒｎ　ｔｏ　ｅ　ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ　ｎｅｔｗｏｒｋ　ａｎｄ　ａｃｈｉｅｖｅｓ　ｔｈｅ　ｐｕｒｐｏｓｅ　ｏｆｅｌｅｃｉＨＯｉｔｙ　ｓａｖｉｎｇ，ｓｉｍｕｌｔｎａｅｏｕｓｌｙ，　ｔｈｅ蜮　－ｐｏｗｅｒ　ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ　ｏｆ　ｌｏｓｓｌｅｓｓ　ｅｌｅｃｔｒｉｃｉｔｙ　ｎｅｅｄ　ｂｅ　ｎｏｔ　ｕｓｅｄ．Ｔｈｅｒｅｆｏｒｅ，　ｅ　ｍｏｖｅｍｅｎｔ　ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｓｙｓｔｅｍ　ｗｉｌｌ　ｂｅ　ｇｒｅａｔｌｙ　ｉｍ－　ｐｒｏｖｅｄ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｅｎｅｒｇｙ　ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ；，ｅｎｅｒｇｙ　ｂａｃｋ　ｃｏｕｐｌｉｎｇ；ｅｌｅｖａｔｏｒ　０　引言　众所周知，电动机拖动负载旋转运动即具备了机　据有关统计数据表明，电动机拖动负载的消耗电　械动能，如果电动机拽引上、下运动的负载（如电梯、　能占总耗电量的７０％以上，因此，电动机及其所拖动　吊车、水库闸门等）便具备了位能。当电动机拖动负载　负载的节能具有特别重要的社会意义和经济效益。　减速运动时，其机械动能将释放出来；当位能性负载　电动机及其负载节约电能的途径主要有两大类：　下降运动时ｆ位能减少），其机械位能也将释放出来。如　①提高电动机或负载的运行效率，如装上“记忆大脑”　果能将这两部分机械能有效转换成电能，并回送给交　的电梯一幢大楼内，多台电梯常常同上同下，十　流电网，就可达到节约电能的目的。　分耗电。如何让电梯变得聪明而省电？现代控制技术　１　电梯节能分析　可以说解决了这一问题，“人工神经元”如同一个信息　采用变频调速的电梯启动达到最高运行速度后　处理和记忆库，它以每一周为时间段，记载着这一周　具有最大的机械动能，电梯到达目标层前要逐步减速　电梯的运行情况。根据记载的信息，“人工神经元”会　直到电梯停止运动为止，这一过程是电梯负载释放机　生成最为省电的运行模式，控制大楼里的多台电梯，　械动能的时段。变频调速器通过电动机可以将这一时　让它们分工明确，在适当的时间到达适当的位置，方　段的机械能变成电能存储在变频器直流环节的大电　便乘客上下，又减少了电梯启动、运行次数。对群梯而　容中，此时大电容好比一座储量有限的小水库。如不　言，节约电能可达３０％以上。另外如无人乘坐时电梯　及时排放小水库中注入的水量，则水库会发生溢出事　照明自动关闭、自动扶梯自动停止或低速运行等等，　故。同理，如不及时泄放大电容中的电量，也会产生过　都是以提高电动机运行效率为目标的节能措施；②将　压。目前变频器泄放大电容的方法是采用制动单元或　电机以转换到负载上的机械能反变换成电能回送电　外加大功率电阻，将大电容中电量消耗到外加大功率　网，使电动机和负载在单位时间内消耗的电网电能下　电阻上白白浪费掉。有源逆变器则可以将大电容中储　降，从而达到节电的目的。有源能量回馈即属于第二　存的电量无消耗地回送给电网，从而既达到节电目　类节约电能的典型装置。　的，又无耗电发热的大功率电阻，大大改善了系统的　收稿日期：２００８—０５—１２；修回日期：２００８—０５—１３　运行环境。　１　维普资讯 http://www.cqvip.com 电梯还是一个位能性负载，为了均匀拖动负荷，　路能自动识别三相交流电网的相序、相位、电压、电流　瞬时值，有序地控制ＩＰＭ（智能功率模块）工作在　ＰＷＭ状态，保证直流电能够及时地回送到交流电网。　电梯负载由载客轿厢和对重平衡块组成。只有当轿厢　载质量为额定载质量的４０％￣５０％时，轿厢对重平衡　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，使电梯运行时产生机械位能。　电梯质量重的部件上行时，由电动机吸收电网电能转　直流电压观测ｌ　卜、　和电流运算　Ｉ　换的机械位能增加，电梯质量重的部件下行时，机械　位能减少，这减少的机械位能释放出来通过电动机转　变为变频器直流环节大电容储存的电能，有源能量回　馈器再将这部分电能回送给电网。　【和同步产生　ｌ　３结语　交流电压观测ｌ／，　分析计算和样机实测表明，电梯的梯速越快，楼　层越高，机械转动消耗越小，则可以回送电网的能量　越多，最多回送电量可达电梯总消耗量的４０％，即节　电效率达４０％之高。　图２有源能量回馈器的功能框图　现在已有有源能量回馈器产品，该产品有如下几　个特点：　以上分析表明，在电梯、吊车等快速上、下运动装　备中，采用有源能量回馈器具有明显的节能效果。此　外，在电力机车、龙门刨床等频繁起、制动运行的装备　中，也有较明显的节能效果。　①取代制动电阻等发热元件，消除了发热源，改　善机房环境，减少了高温对电动机、控制系统等部件　的不良影响，延长电梯的使用寿命；　②能即时消除泵升电压，从而有效改善电梯制动　性能，提高电梯舒适性能；　③通过相位控制策略，可有效抑制驱动电梯的变　频器对电网的谐波干扰，净化电网；　２节能装置的结构及基本控制原理　有源能量回馈器主回路结构见图１所示，主要由　三相ＩＧＢＴ（绝缘栅双级晶体管）全桥、串联电感、滤波　电容及一些外围电路组成。　④输出电压波形好、功率因素高、无脉动环流，其　电压与电网电压相匹配；　⑤具备有效的电气隔离措施，不会干扰其他电气　设备或被外界干扰；　⑥产品智能化程度高、工作稳定、安全可靠，各种　故障保护和故障报警功能齐全；　⑦只要选型正确，接线无误，无需调试即可投入　使用；　⑧产品结构简单、体积小巧、安装维护方便。　采用有源能量回馈器节电效果十分明显，从目前已　经进行过节能改造的单位看，一般节电率可达１５％～　图１　电梯有源能量回馈器主回路结构及连接方式图　它的输出端与电梯变频器的输入端子Ｒ、Ｓ、Ｔ相　５０％，根据电梯使用的频繁程度不同，回收成本周期　为６～１２个月，由于没有了电阻发热源，电梯机房温　度明显下降，也就节省了机房降温设备的耗电量。　参考文献：　连；输入端串联有２个隔离二极管ＶＤ１、ＶＤ２，再连接　到变频器的ＰＮ线上。该二极管保证了能量只能由变　频器母线流经能量回馈器输送到电网上。其工作过程　［ｚ］Ｚ士湖，王莉．～种再生制动控制电路的设计［Ｊ］．淮阴工学院学报，　２００２（３）：５４—５６．　是：上电后，儿、Ｊ２接触器吸合，并延时合上Ｊ３切除上　电电阻。当电梯电动运行时，开关管ＶＴ１￣ＶＴ６全部　被封锁，处于关断状态。当电梯再生发电时，电梯变频　【２】孙关林，沈晓宇．节能电梯及节能效果分析［Ｊ］．浙江建筑，２００７（４）：　５６—５７．６０．　器母线电压升高，经ＶＤ１、ＶＤ２后使回馈器母线电压　也升高。当母线电压高于设定开启值后，回馈器开始　工作，将电能回馈到网侧。　［３］朱建国．电梯新技术在电梯选型配置中的应用［Ｊ】．大众标准化，２００５　（９）：３５—３６．　有源能量回馈器的功能可以用图２来描述，控制　电路（虚线框内）由单片微机可编程逻辑芯片、外围信　作者简介：张家胜（１９５８），男，甘肃兰州人，现工作于新疆维吾尔自治　区特种设备检验研究院，电梯检验室主任，高级工程师，多年来～直从　事电梯的检验研究工作（ｘｊｃｈｅｎｆｅｉ＠１６３．ｃｏｒｎ）。　号采样器构成，配以冗余度高的软件设计，使控制电　２９