一种节能电梯的设计

夏非

摘 要： 通过对电梯使用现状的调查，设计出一种节能电梯。利用电梯系统自身重力势能提供运行时的动能，并把下行乘客的重力势能储存起来提供给电梯上行。根据电梯运行时的要求，结合节能电梯的节能原理，通过添加改变传动比的装置达到运行、节能的目的。最后对本节能电梯的节能效果进行计算，并分析本节能电梯今后建筑工程项目评优、评比和考核指标的设想。

关键词： 节能电梯 电能供需 能源需求

1.研究背景及意义

电梯自问世以来，数量逐年增加，耗电量越来越大。据统计，我国平均每部电梯每天消耗电能约40kWh，约占整个建筑能耗的5%。现代化生产规模不断扩大和人们生活水平不断提高，能源需求量日益增加，电能供需矛盾更是日益突出，节电呼声日益高涨。有关统计数据表明，电梯电动机拖动负载消耗的电能占电梯总耗电量的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。

2.设计方案

2.1改变传动比的装置

设置改变传动比的装置有两种方案：

2.1.1使用搭载自动控制系统的无极变速器：无级变速器对电梯运行时的传动比具有完美调节效果，能最大限度地节省电梯消耗的电能。

2.1.2使用搭载自动控制系统的多级变速器。多级变速器对电梯运行时的传动比具有粗略的调节作用，需要电动机提供在其调节精度外的力。

2.2整体装置

电梯整体结构与现有电梯类似，现有电梯是有一个轿厢和一个对重，通过钢丝绳将它们连接起来，钢丝绳通过驱动装置的曳引带动，使电梯轿厢和对重在电梯内导轨上做上下运动，本设计不同的是：使用改变传动比的装置作为主要的运行器件取代曳引机中的电动机，并在绝大多数时间代替电动机工作。

2.3控制系统

本电梯核心控制系统为速度控制系统，与现有电梯的速度控制系统不同。

速度控制系统主要由重量感应器和搭载自动控制系统的改变传动比的装置组成，通过重量感应器对改变传动比的装置传递信息，由改变传动比的装置做出合适的调节，使轿厢获得合适的加速度和运行速度，从而让电梯完成完整的运行动作。

本电梯速度控制系统使用特殊的适用于改变传动比的装置的速度控制系统，并配合电梯其余各类自动控制系统协调合作，完成正常的电梯运行动作。

3.基本运行原理

使用改变传动比的曳引装置，牵引电梯轿厢和对重，通过动态调节轿厢和对重之间的传动比，使电梯依靠自身的重力势能运行。如乘客上行；改变传动比的装置工作，调节轿厢与对重的传动比，使对重端力矩大于轿厢端力矩，从而使轿厢获得向上的加速度，最终使电梯运行。

4.节能原理

当电梯搭载完上行乘客后回到原来的位置时，根据机械能守恒定律，电梯自身重力势能减少（对重下降一定高度），此过程为消耗电梯重力势能的过程。

当电梯搭载完下行乘客候回到原来的位置时，根据机械能守恒定律，电梯自身重力势能增加（对重上升一定高度），此过程为电梯存储重力势能的过程。

在一定的使用条件下（上行乘客和下行乘客使用频率及强度相近时），电梯可以利用下行乘客的机械能提供给上行乘客的机械能，不需要电动机做功以提供乘客的机械能，从而达到节能的目的。

5.运行中的实际问题及解决方案

5.1因为电梯运行时，轿厢端和对重端的传动比不一致，所以会导致两端运行距离不对等。

解决方案：采用先加速后减速的运行模式（运行一定时间后反向调节传动比），使两端距离差距减至最小，同时利用动能回补消耗的重力势能。

5.2极端使用条件下，在一定时间内上行乘客数量较多，系统自重无法继续提供上行乘客机械能。

解决方案：在对重到达无法继续满载运行的临界点之前，利用电动机辅助调节对重位置，使电梯能继续工作。

5.3运行时轿厢内乘客做出跳跃、下蹲动作，导致加速度突变的情况。

解决方案：通过重力感应器反馈异常信息给电动机，电动机迅速做出反馈调节，保持电梯正常运行。

5.4使用多级变速器时，多级变速器工作时的空当时间，曵引系统出现短暂失力状态。

解决方案：通过自动控制系统调节电动机自动运行，保证电梯顺利完成改变传动比的过程。

6.结语

结合目前节能电梯发展情势，节能电梯创新地利用改变传动比的装置加入电梯的曳引系统中，通过改变电梯轿厢和对重之间的传动比，改变轿厢和对重之间的力矩比，从而使电梯系统依靠自身重力运行，达到节能的目的。

参考文献：

[1]高国贤，马福军.电梯正弦运行速度曲线的分析与设计[J].自动化技术与应用，2007（1）.

[2]马福军，孙全江，刘兵.绝对剩余距离为原则的电梯速度控制方式[J].控制工程，2014（6）.

[3]邢航，陈安.嵌入式系统在智能电梯中的应用[J].工业控制计算机，2009（2）.