电梯节能中能量回馈节能技术的有效运用

姚颖超

摘 要：目前，我国已成为全世界推广和使用节能电梯最多的国家。电梯节能成为电梯设计的主要方向。文章介绍了能量回馈，和电梯能量回馈技术及工作原理。以及回馈技术在电梯中的应用和电梯节能的必要性，以求在电梯设计中，使能量回馈得到更好的发挥，节约能源。

关键词：电梯；能量回馈；节能技术

中图分类号：TM92 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2016）27-0005-02

随着现代社会高楼和商场发展的速度越来越快，电梯的应用技术也越来越成熟。人们的生活也越来越离不开电梯，电梯节能也称为电梯设计人员考虑的问题之一，如何更好的利用电梯中能量回馈是一大问题之一，电梯节能中能量回馈节能技术的有效运用，会给社会节约资源，和企业带来更好的社会效益和经济效益。

1 能量回馈

1.1 概 述

在电梯、矿山提升机、港口起重机、工厂离心机、油田抽油机等许多场合，都会伴随着负载势能、动能的变化。比如，提升机、起重机等在下放重物时势能会减小，离心机设备在停机时，动能会减小。而由能量守恒定律我们知道，能量是不会凭空消失的，那么这部分能量到哪里去了呢？答案是通过电机转换成为了再生电能。实际上，在采用变频调速的设备里，这部分电能一般是通过能耗制动电阻再转换为热能白白浪费掉了的。

设想如果能够有一种装置，将这部分再生电能利用起来回送到电网，那么不是可以省下这部分电能，起到节能降耗的效果吗？能量回馈装置就是这样一种产品。它使用的电力电子变换技术，其主要实现的作用就是将上述设备在运行过程中所产生的再生电能利用起来，并转换为同步的交流电能回送到电网，起到节电的效果。

1.2 回馈节能基本原理

将运动中负载上的机械能（位能、动能）通过能量回馈装置变换成电能（再生电能）并回送给交流电网，供附近其它用电设备使用，使电机拖动系统在单位时间消耗电网电能下降，从而达到节约电能的目的。

2 电梯能量回馈技术及工作原理

2.1 能量回馈技术

能量回馈技术就是把电梯自身存在并且无用的直流电逆变为可用、有效的交流电。同时把逆变后的交流电回馈到电梯周边局域网中再次利用的一个过程。

2.2 工作原理

电梯运行过程就是电能与机械能转换的过程，当电梯电梯重载上行或轻载下行时，需要给电梯提供能量使机械势能增加，电梯通过曳引机将电能转换为机械势能，曳引机处于耗电状态；当电梯轻载上行或重载下行时，运行过程需要使机械势能减少，电梯机械势能通过曳引机转换为电能，曳引机处于发电状态。

曳引机发电过程产生的电能需要及时处理，不然对曳引机有严重的危害。常规的做法是通过制散热电阻把发的电转化的热能散发到空气中 ，这就造成电梯机房的温度很高，通常需要安装空调和排风机来降温。

能量回馈技术的应用就是替代制动单元和制动电阻，通过自动检测变频器的直流母线电压，将变频器的直流环节的直流电压逆变成与电网电压同频同相的交流电压，经多重噪声滤波环节后连接到交流电网，达到绿色、环保、节能的目的。

该设备设计目的就是优先于制动电阻工作，在保证回馈电流不污染电网的情况下实现多余电能的再次利用，同时消除机房主要散热源。

3 电梯节能的必要性

3.1 必要性

随着城市里的高楼大厦越建越多，电梯的使用也越来越多。有关统计表明目前全国电梯已超过200万台，每天约有15.84亿人次乘坐电梯。而使用的电梯中只有很少的一部分采用了节能型电梯。

另外10年前安装的电梯则属于严重耗电型电梯。通过对宾馆、商用办公楼、很多机关大楼等建筑的用电情况进行实际调查分析，可以看出电梯的用电量和电梯机房制冷用空调用电量基本差不多，但是比照明和供水用电要大的多。那么产生这样大的用电量的原因是什么呢？通过计算分析，原来在电梯使用过程中，电阻产生的热量非常之高，温度通常都可以达到上百度。但是为了使电梯能正常运转工作，因为温度过高而出现机械故障，就需要安装比较大排风量的空调机或风机，这些大排风量的空调机或排风机用电量是非常惊人的。甚至可以说，在有些地方这些用来降温的设备所使用的用电量通常都比电梯的用电量都要高很多，可见这样的能耗是非常惊人的，一部普通电梯每天用电大约在30～80 kW·h，按照每部电梯每天平均耗电50 kW·h、全国在用电梯数量200万部、每部电梯每年运行300天计算，我国每天电梯消耗电能约1亿度电，每年消耗的电能约为300亿 kW·h。全国每年电梯消耗的电能相当于大亚湾核电站25个月的发电量，可见电梯耗电之巨。因此，现实中电梯节能就显得非常有必要了。

3.2 举例说明

下面以IPC-PFE系列电梯为例：

例一：IPC-PFE系列电梯能量回馈装置是采用加拿大技术生产制造的电梯专用高性能回馈式。如果升降电梯能使用电梯能量回馈装置，就可以顺利地实现将电容中储存的直流电能转换成交流电能回送到电网，节电率达30%～40%。

还有，因为无电阻发热元件的原因，降低了机房的环境温度，同时也改善了电梯控制系统的运行温度，使控制系统不再死机，延长电梯使用寿命。机房可以不再使用空调等散热设备，可以节省机房空调和散热设备的耗电量，节能环保，使电梯更省电。

IPC—PFE系列电梯能量回馈装置采用DSP中央处理器，速率高、精度高、稳定性能好、抗干扰能力强；采用自诊断技术确保输出电压精确，防止电流回送，使变频器不受任何影响。在频繁制动的场合，节电更明显；真正实现了变频调速系统的四象限运行。

4 电梯节能六种途径及运用实例

电梯节能是指减少运行中电梯在能量传输过程中的消耗，特别是在待机状态下的能量消耗，以及提高电梯运行效率。

4.1 重量平衡最理想

如果电梯轿厢和对重在上下运行时重量平衡，电动机只需克服电梯滑动与转动部件的阻力，此时，电梯最为节能。但电梯轿厢内载荷是个变量，如能将电梯对重也随轿厢内载荷变化而相应变化，这种节能方法最为理想，但实施此项技术难度很大。

4.2 减少待机能耗

国外有关研究部门对15万台运行中的电梯进行了能耗测试。报告显示，在电梯能耗中，最大的能耗是待机能耗，待机能耗约占电梯总能耗的58%，可见减少待机能耗对提高电梯能效有显着作用。

4.3 优化对重配置

电梯的平均负载率约为额定载荷的20%，目前公认的电梯平衡系数为40%～50%。经大量测试分析后，业内人士建议，可将平衡系数优化为曳引驱动取0.35、能源再生装置取0.21、液压电梯取0.30，说明优化对重配置也可降低电梯在运行中的能耗。

4.4 能量回馈

在电梯能量回馈中，能量回收因梯种、使用频次和载重量等不同，一般为20%～40%。

目前，国家电梯能耗标准尚末出台。能量回馈节能是采用PWM有源逆变方式在电梯电压变频器原电阻制动单元的端子上加装ERB装置，从而达到能量回馈的作用，该种方式适用于载重量大、使用频次高的电梯。

4.5 合理优化电梯的选用和管理

根据大楼性质、服务对象、使用面积、流量和去向等合理配置电梯品种、数量、运行和停层等布局方案可以起到节能的效果，也是最务实的做法。

4.6 开发节能新技术

直线电动机、矩陈逆变器、高效率减速器等新技术在电梯中的应用也可节约电梯的能耗。

例二：例如：地处上海市某大厦共8台高层电梯，每台电梯每月的原有用电量在2 800 kW·h左右，现在安装使用电梯节能产品后，每台电梯每个月的用电量在1 500 kW·h左右，每月实现的节电量在1 000多kW·h，在一年之内就可收回成本，再用电方面为公司节约了一笔不小的开支。

在现代经济活动中，企业的正常运行需要大量财力做保证，因此节约成本也成为企业首要任务，而节能电梯就是节约企业成本的第一步，我们有理由相信电梯节能技术的应用前景必将十分广阔。

5 结 语

电梯节能技术的推广任务是艰巨的，但前途光明。利用电梯能量回馈技术对社会上老旧电梯特别是高校中使用频率较高的电梯进行电梯节电技术改造非常有必要。不仅符合我国节能减排的发展方针，降低大量的能源消耗，而且可以引起了良好的社会效应和巨大的经济效益。

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