能量回馈技术在电梯节能中的意义

摘 要：随着电梯使用量的增加，电梯已成为耗电大户， 做好节能意义重大。本文阐述能量回馈技术在电梯领域的实际应用和社会意义。

关键词：电梯；能量回馈；节能

随着经济的持续发展，高层建筑群越来越多，电梯的保有量增长迅速，年均增长速度超过 15%，提高了人民生活质量。而电梯作为一种辅助运输工具，为乘客提供便捷服务；电梯是建筑物中耗电量较高的设备之一， 其用电量已超过空调的用电量，在建筑内所有用电设备中用电量占比居前，所以行之有效的节能方式运用，将为用电量的减省出一份力。

一、电梯运行原理

电梯是建筑内辅助交通工具，以曳引机为动力，带箱体上下运行，用于多层建筑乘人或载运货物。主要由曳引机、导轨、对重装置、安全保护装置（如限速器、安全钳和缓冲器等）、操纵厢、轿厢、轿顶检修盒、层门与厅门、钢丝绳、外呼面板等组成。利用钢丝绳穿插绕着曳引轮和导向轮，两端分别连接对重端和机房工型承重梁固定架上，再通过钢丝绳與曳引轮、导向轮间的摩擦传动，电动机驱动曳引轮使轿厢延着导轨上下移动。具有安全可靠、乘坐舒适、平层准确和噪音小等特点。

在实际使用过程中，电梯用电量较大的运行工况是：轿厢超过80%载重上行和轿厢低于20%载重下行；而在轿厢轻负载上行和满负载下行时，会产生大量的机械动能，通过制动电阻转化为热能消耗掉，对机房环境和电梯控制系统等带来不利影响。

能量回馈技术的转化应用，得靠一种性能可靠的能量回馈器体现：通过能量回馈器将运行中产生的机械动能转变成再生电能，再将这部分再生电能反馈到电网，供电梯或其他电气设备使用。

二、能量回馈技术运用原理

（一）能量回馈技术的节能原理

电梯开始使用至今，节能技术的应用始终贯穿于电梯发展中，有曳引机技术的节能、驱动控制系统的节能、能量回馈系统的节能。当电梯无负载上行或轿厢超过80%载重下行时，电梯处于发电状态，将机械势能转化为电能。电梯要达到节能的成效，是把电动机在发电状态产生的电能利用起来。

现在的大多数电梯采用能耗制动方式，即外接制动电阻将电能消耗掉，会使制动电阻迅速升温冒烟甚至发红，致使机房环境温度升高，长时间会影响机房内其他设备的正常运行。因此，如果将电梯运行时产生的能量，通过能量回馈装置回馈到电网中，这就体现出其设计的意义；一般节电率可达25%～45%。此外，由于无制动电阻等散热元件，机房温度下降，可以减少机房空调的制冷运行时间，间接减少了空调的用电量，可认为是另一种节能方式。

（二）能量回馈技术的运用原理

能量回馈器是运用能量回馈技术设计，专用于变频调速控制的电梯使用，是变频器制动单元专业化的一种产品；其主电路由IGBT模块、保护器、LCL滤波电路、整流桥、熔断器等电子元件组成（如右图），其中关键元件是IGBT模块，由绝缘栅双极型晶体管芯片与续流二极管芯片通过特定的电路桥接封装而成的模块半导体产品；保护器是保证电梯节能系统安全运行必不可少的元件；LCL滤波电路则由滤波电感和电容组成，能够有效阻止高次谐波进入电网，进而提高能力回馈器的电磁兼容性能。此外，由单片微机、可编程门阵列FPGA、外围信号采样器等组成的控制电路，确保能量安全可靠的回馈到电网。

电梯专用能量回馈器原理图

如国内某科技公司技术生产的最新型电梯专用能量回馈器，采用最新全数字化DSP中央处理器，稳定性能好、抗干扰性能强；自诊断技术确保输出三相电压稳定无波动，使变频器安全运行不受影响；控制方式包含：PWM 电流跟踪控制技术、直流侧电压平衡控制技术、坐标变换矢量控制技术、瞬时电流检测技术；工方式为逆变回馈：将变频器的直流母线电压逆变成与电网电压同频同相的交流电压，再经滤波处理接入电网，实现能量回馈电网的目的，回馈有效成功率95%。

在高层建筑、使用频繁的工况下，节能成效会更显然。此款新型能量回馈器有一特点特别说明一下，即具有电压自适应稳固控制回馈功能，可抑制驱动电梯的变频器对电网的高谐波干扰，使电梯在电网电压波动较大的时候能正常运行，在现实中价值突显。

（三）能量回馈器节能试验数据

为了直观的反映电梯在使用能量回馈器比使用制动电阻节能，我们在同一台电梯上对不同载重工况下进行了能耗测量（永磁同步电动机）。

电梯工况参数表

电梯在配置能量回馈器和制动电阻两种工况下，分别在0%、20%、40%、60%、80%、100%的额定载重情况下进行运行测试：电梯从最底层运行到最顶层，然后正常开关门，再从最顶层运行到最底层，累计600次运行，每种载重上下运行各50次，求平均值），采用专用功率测试仪器对电动机的功率进行测量。

三、结论

电梯能量回馈技术是一项节能效果明显的节能技术，尤其适用于高层建筑、运行频率高的乘客电梯。在实践运用中，能量回馈器具有改善机房环境延长电梯设备使用寿命；运行范围宽，可与不同品牌不同等级的变频器配置使用；节能功效突显，节电率可达25%～45%；提升电梯制动性能和舒适感等等优点，应用前景良好。

参考文献：[1]白瑜峰.能量回馈技术在电梯上的应用分析和节能效果探讨[J].广东建材科技风，2011（15）.

作者简介：徐高军（1984），男，汉族，江苏如皋人，大专，助理。