浅析电梯节能技术

方芳　孙明辉

【摘 要】能源供需矛盾日益紧张，电梯业的能源消耗在日常生活中占很大比重。本文从电梯拖动和控制系统方面讨论了电梯中可采用的节能措施和发展方向。

【关键词】电梯；永磁同步曳引机；能量回生

城市建设的需要，市场上电梯的需求量越来越大，然而在对宾馆、写字楼等的用电情况调查统计中，电梯用电量约占总用电量的20%，仅次于空调用电量，高于照明、供水等的用电量。为创建节约型社会，发展节能型电梯是电梯行业发展的重要方向。

节能效果与电梯拖动系统、电梯控制系统等方面密切相关。

有关统计数据表明，电动机拖动负载消耗的电能占总耗电量的70%以上。因此，电机拖动系统节约电能具有特别重要的社会意义和经济效益。

电机拖动系统节约电能的途径主要有两大类：

（1）提高电机拖动系统的运行效率，电梯曳引机采用变频器调速取代异步电动机调压调速是以提高电动机运行效率为目标的节能措施；

（2）将运动中负载上的机械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。

有齿轮曳引机：拖动装置的动力，通过中间减速器传递到曳引轮上的曳引机，其中的减速箱通常采用蜗轮蜗杆传动，这种曳引机用的电动机有交流的，也有直流的，一般用于低速电梯上。即曳引机的电动机动力是通过减速箱传到曳引轮上的，称为有齿轮曳引机，一般用于2.5m/s以下的低中速电梯。

无齿轮曳引机：拖动装置的动力，不用中间的减速器而是直接传递到曳引轮上的曳引机。即电动机的动力不通过减速箱而直接传动到曳引轮上则称为无齿轮曳引机，一般用于2.5m/s以上的高速电梯和超高速电梯。

永磁同步曳引机的优点： 1、高效节能、驱动系统动态性能好：采用多极低速直接驱动的永磁同步曳引机，无需庞大的机械传动效率仅为70%左右的蜗轮、蜗杆减速齿轮箱；与感应电动机相比，无需从电网汲取无功电流，因而功率因数高；因没有激磁绕组没有激磁损耗，故发热小，因而无需风扇、无风摩耗，效率高；采用磁场定向矢量变换控制，具有和直流电动机一样优良的转矩控制特性，起、制动电流明显低于感应电动机，所需电动机功率和变频器容量都得到减小。

2、运行平稳、噪声低：低速直接驱动，故轴承噪声低，无风扇、无蜗轮蜗杆噪声。噪声一般可低5～10分贝，减小对环境噪声污染。

3、节省建筑空间：无庞大减速齿轮箱、无激磁绕组、采用高性能钕铁硼永磁材料，故电机体积小，重量轻，可缩小机房或无需机房。

4、使用寿命长、安全可靠：电机无需电刷和集电环，故使用寿命长，且无齿轮箱的油气，对环境污染少。

5、运行维护费用少 ：无刷、无减速箱，维护简单。

相对于有齿轮式曳引机，永磁同步曳引机具节能环保之绝对优势，无需齿轮油，实现低振动低噪音，更为绿色环保。永磁同步曳引机小型化及薄型化特点，节省空间。对电梯配置安排及与建筑物间整合空间的搭配性，大大提升。

基于以上原因，目前很多电梯厂家采用的是永磁同步无齿曳引机，对电梯专用变频装置有十分完善的软件支持，可接受任意位置传感器的反馈信号，具有自学习功能，自动识别电动机参数，在实现磁场定向伺服时，自动进行初始定位，具有和直流电动机一样优良的线性转矩控制特性。其体积小、效率高、功率因数高、振动小、噪声低，平层精度好，在高层建筑、无机房电梯和家庭小梯中都有很大的市场。

目前电梯大部分是使用变频器驱动电机的方式，电梯在运行过程中，有电动运行与发电运行（也叫制动运行）两种状态。当轿厢重量小于配重（即轻载上行）和轿厢重量大于配重（即重载下行）以及电梯停站前的制动时候，处于发电运行状态（制动运行）。早期的电梯在制动状态下采用的是制动电阻用来消耗这部分热能，制动电阻单元安装在控制柜上。当电梯启动达到最高运行速度时产生的机械动能也是最大的，而当电梯到达目的层前要逐步減速，而这个减速的过程就是电梯释放机械动能的一个过程。在系统设计时是通过电动机可以将这一运动过程的机械能转换成电能存储在变频器内部的大电容中（发电运行状态会产生一部分能量，我们称之为再生能源）。实际上，输送回这个大电容中的电能越多，电容电压就会越高，如果不能及时把电容器储存的这些电能释放掉，电梯就可能产生过压故障，会直接导致电梯无法正常工作运行。

传统的变频器通常采用串联外置制动电阻将这些能量以热能的方式消耗掉，制动电阻使整个控制柜温度上升，也是对能源的一种浪费。

随着电梯系统的不断完善，基于节能的理念，逐步采用能量反馈系统代替了电阻消耗的方式，已经成为了市场的主流。能量反馈系统是将运动中的负载上的机械能通过能量回馈装置变换成电能并回送给交流电网，供附近其他用电设备使用，使电机拖动系统在单位时间消耗电能下降。如合理使用电梯回馈节能装置的话，就可以有效地将电容C中储存的直流电能轻易地转换成交流电能并且及时输送电网。这样不但实现了节电的目的，还可以避免大功率电阻的工作，会极大地改善电梯系统的运行，并且避免了因使用能耗电阻而造成的系统效率低、电梯控制柜的发热，环境温度过高等缺点。采用能量回生装置，在控制柜上方用LCL-BOX滤波器取代了回生电阻。采用了PWM双变频器，所谓双变频器，是指通过马达发电状态下运行时产生的电能反馈到客户电源，以减少大楼里的电力消耗，实现节能的目的。控制系统内CON与逆变器串联并排安装， LCL-BOX的发热由风扇进行冷却。经测试，该回路系统温升和风扇噪音均可达标，机房温度下降5～10摄氏度。两种运行状态采用能量反馈的设计思路如下：

使用了该能量回馈装置，需要具备完整的保护功能（如：过压保护、欠压保护、过流保护、过热保护，采用自诊断技术确保输出电压精确，防止电流回送等），而且这些保护的设置参数都低于电梯控制柜和变频器的保护参数的水平，一旦回馈装置噶张，其本身的保护就会先于电梯控制回路的保护起作用，使回馈装置停止工作。此时电梯仍可以正常工作，只是少了电能回馈的功能，因此对电梯的安全运行没有任何影响。

前面提到，重载下降、轻载上升以及电梯停站前的制动期间才会发电，所以发电量的大小取决于出现上面三种运行状况的几率。出现上述状况的几率越高，回馈的电量就越多，节能率越高。

经测试，使用了能量回生装置后，以1050kg，1.75m/s为例，每天运行12个小时，每月25天计算，节能效果达到38%以上。

结语

以上从曳引机方面和PWM双变频器的回馈系统方面，对电梯节能方法做了介绍，在实际应用中应用广泛，节能效果明显。

除了以上的节能方法以外，还有其他可以节能的一些措施。如多台电梯时采用群管理控制，还有轿厢内部照明采用LED方式。随着电梯技术的进一步发展，越来越多的注重节能环保，相信节能技术的开发会越来越多。

参考文献：

[1]王知行，刘延荣. 机械原理[M]. 北京：高等教育出版社，2000.

[2]叶安丽，电梯控制技术[M].北京：机械工业出版社，2008