电梯节能技术综述

朱猛

【摘 要】伴随着经济持续快速增长，我国的能源与环境问题也日渐突出，电梯系统节能已是当前国际社会共同关注的话题。针对电梯的耗能情况，从电梯的曳引系统、驱动系统和派梯管理三个方面综述了电梯系统的节能分析方法和主要的节能技术，并在此基础上对电梯节能进行了展望。

[abstract] with the sustained and rapid economic growth，the problems of energy and environment in China have become increasingly prominent，and the energy saving of elevator system has become a topic of common concern to the international community.

【关键词】节能技术;曳引系统;驱动控制;派梯管理

节能是摆在人类面前的共同任务，能源问题已经被提到前所未有的高度。我国是一个耗能大国，更把节能作为头等大事来抓。据有关调查显示，我国建筑物的能源约占全国总能耗的28%左右，是能耗的主力军。电梯的用电量仅次于空调，远高于照明、供水等的用电量，电梯的能耗已经引起业界高度重视，社会对于电梯能耗的关注程度也在与日俱增，降低电梯的能耗、节约能源对于国民经济具有非常重要的现实意义。

1 电梯曳引机的节能

如果说控制柜是电梯的大脑，那么曳引机就是电梯的心脏，直接影响着电梯的节能效率。作为电梯的核心部件，曳引机技术经过了蜗轮蜗杆传动曳引机、行星齿轮和斜齿轮传动曳引机、无齿轮传动曳引机三个发展阶段。永磁同步电机以其体积小，结构简单，可靠性高及高效节能等优点成为当前电梯曳引机的首选。通过采用无齿轮曳引技术，由永磁同步电机直接驱动，省却了传统的蜗轮蜗杆减速齿轮箱，大大提高了系统的传动效率（约20%～30%）。虽然永磁同步电机（PMSM）较一般异步电机有较高的运行效率，但仍存在节能空间，特别是在低负载率和宽范围变速运行时。从PMSM 损耗模型出发，忽略阻尼绕组时，永磁同步电机的损耗包含铁损耗、铜损耗和机械损耗。

2 电梯驱动控制系统的节能

电梯技术中，驱动系统是典型的运动控制系统，它控制电梯的起动、加速、稳速运行以及减速等运动方式。电梯驱动系统采用成熟的变频调速技术早已成为当今改善电梯驱动控制性能、提高电梯运行质量的主要途径。变频调速技术淘汰了各类交流双速驱动系统、取代了直流无齿轮驱动，不仅使电梯的运行性能优越，同时也有效节约了能源、降低了损耗。如何来进一步挖掘电梯变频调速系统节能潜力以及进一步提高驱动系统的应用效率问题已成为电梯驱动特性应用研究的一个重要课题。

2.1 变频器再生能量回馈方式

电梯属于位能负载，要求频繁的起停，随着载客量多少的变化、上下行的变换，要求电动机四象限运行。一般能量回馈器都是根据变频器母线两端的电压UPN的大小来决定是否回馈电能，回馈电压采用固定值UHK。在制动状态时，电动机再生能量向中间直流环节电容进行充电，当电容的电压超过设定值UHK时，逆变器开启馈电功能，将再生能量逆变后反送电网。由于电网电压波动，当电压偏高引起UPN大于UHK，逆变器会产生误回馈。当电压偏低时，回馈到直流母线的电压储于电容中，该储能会被电阻提前消耗，使回馈效果明显下降。新型能量回馈器，采用电压自适应控制，即无论电网电压如何波动，只有当电梯机械能转换成电能送入直流回路电容中时，新型能量回馈器才能及时将电容中的储能回送电网，有效解决原有能量回馈的缺陷。

2.2 共直流母线的电梯控制系统

目前减少能量回馈次数，减少对电网的影响，在电梯使用频率较大的地方，一般都是使用2台或者多台电梯，这对电梯的节能提供了一种新思路——共直流母线的节能方式，即将梯群的各驱动变频器中直流部分并联。共直流母线系统比较鲜明的特点是电动机的电动状态和发电状态可以能量互享，即连接在直流母线上的任何一台电梯重载下降和轻载上升时产生的能量，都通过各自的逆变器反馈到直流母线上，连接在直流母线上的其他电梯就可以充分利用这部分能量，减少了从电力系统中消耗的能量，达到节约能源的目的。

3 电梯群控技术的节能

电梯全速运行时所消耗的电能远远低于减速和加速时的电能消耗。电梯停靠的次数越多，所消耗的电能就越多。通过智能派梯系统的最佳（高效）派梯，有效减少电梯系统的停靠次数，提高输送效率，从而达到节能的目的。电梯群控系统是一个复杂的决策系统，具有多目标性、随机性和非线性等特点，难以采用精确的数学模型加以描述，因而传统的控制方法很难提高系统性能。模糊控制技术在解决非线性、不确定性问题上具有很大的优势。它不需要建立所求解问题的精确数学模型，而是模仿人脑的推理能力，可以使许多复杂问题简化。

4 展望

纵观电梯节能技术的研究现状，国内外众多电梯行业在寻求更加节能的电梯系统方面进行了大量的研究和实践，提出了许多具有建设性的新思路，并取得了一些具有实用性意义的成果。但由于电梯控制系统的复杂性及控制要求的不断提高，关于电梯的节能研究尚有许多问题待深入研究，主要有以下几个方面：

4.1永磁同步无齿轮曳引机技术的开发和应用，使电梯电机拖动系统的运行效率更高，节能效果更加显著，但由于永磁同步电机大量投入工业领域的时间尚短，许多现场试用参数尤其是电机的使用寿命尚无定论，因此如何将被控电机作为整个系统的一个研究对象来考虑，使电机的结构更加合理，选用更高性能材料，提高制造工艺水平，减少谐波产生以及如何采用更新进的控制策略进一步提高曳引机及其驱动系统的可靠性和经济性等等值得我们进一步探讨。

4.2能量回馈型节能电梯已有较为成熟的技术，但因其价格因素以及对电网的影响，推广尚有一定的难度。结合共直流母线方案，减少了整个驱动系统中的能量回馈装置的重复配置，使系统的结构更为简单合理、经济可靠，同时抑制了变频器输入端整流部分的工作周期，提高了系统的功率因素，降低了电网侧输入电流的谐波污染，大大地提高了整个梯群系统的节能效应。

4.3随着科学技术的发展，如何采用新能源（太阳能、风能）驱动电梯，为电梯产业大幅度提高能源利用效率开辟新途径，对实现电梯运行更加节能环保，更加降低成本提供可能;如何针对电梯控制系统，寻求更加完善的智能型电梯群控调度系统，精确调控减少等候时间、电梯就近停靠、控制减少电梯的运行台数，从而大大提高运输效率。保护有限资源、降低能源损耗、减少环境污染关系整个社会的可持续发展。随着每年的电梯数量、用电量逐年增长，电梯的节能降耗大有可为。

5结语

电梯技術的发展日新月异，人类利用自然资源、结合现代工控电子技术，创造节能环保产品将是未来电梯的发展趋势。

参考文献：

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[5]杨祯山，邵诚.电梯群控技术的现状与发展方向.控制与决策，2005（12）.

（身份证号码：320925198606145130）