电梯运行的电气特性

 

　　在电梯的实际运行中经常会出现以下两种现象：一是乘客较多或者满员的时候轿箱下降；二是乘客比较少或者没有乘客的时候轿箱上升。

 

　　出现第1种情况的时候乘客的重力势能做功，也就是释放势能。出现第2种情况的时候，对重平衡块的重力势能做功。此时电动机就会处在一种发电的状态下。原因是两种重力势能释放的时候就会拉着电动机的转子加速向前转动，从而使电动机转子的实际旋转速度高于电动机定子中旋转磁场的同步转速，此时电动机内就会产生反电势EU（端电压），使得电动机处于发电状态，其产生的反向电压转矩与电动状态转矩相反。由于通常变频器是交－直－交主电力，AC/DC整流电路是不可逆的，因此发出来的电无法再回馈到电网上去，结果造成主电路电容器二端电压升高，这种现象被称之为“泵升电压”。

 

　　另外采用变频调速的电梯启动运行达到最高运行速度后，电梯轿厢具有最大的动能，电梯达到目标层前要逐步减速直到电梯停止运动为止。从运行到停止，这个过程的电器变频很快就完成了，但电动机的转子带着负载有较大的机械惯性，不可能快速地同步降低，此时同样会产生泵升电压。

 

　　电梯运行中多余的这些能量通过电动机和变频器转换成直流电能并将其储存在变频器直流回路中的电容里面。回送到电容中的电能越多，电容电压就越高，如不及时释放电容器中储存的电能，就会导致变频器出现过压故障，迫使电梯因变频器自我保护而停止工作。为了避免这种现象的发生，目前都采用制动单元和外加大功率电阻的办法，将大电容中电能消耗到外加大功率电阻上，以保证变频器的正常工作，这种通过内置或外加制动电阻的方法方式，被人们称之为“能耗制动方式”。现在在电梯间的每个电梯控制柜上都可以看见一个电阻箱，里面有很多个大电阻。电梯运行的过程中，这些电阻都会散发出很大的热量（其表面温度可达100摄氏度以上），根据测试这部分能量占电梯用电总量的25-40%。同时电阻产生的热量还恶化了电梯控制柜周边的环境，为了保证电梯控制系统中其它组件能够正常工作，管理方基本上都在电梯机房内安装空调、风机来降温，使得电梯系统的电能消耗进一步加大。在一些条件差的电梯机房内，空调的用电量达到电梯用电量的20%。

 

　　电梯节能电器工作原理（电能回馈装置）

 

　　所谓回馈就是将上述多余的电能经过逆变变成与低压电网相同相位、相同频率、相同电压和相同相序交流电送回低压电网。

 

　　电能回馈器简介

 

　　目前市场上常见的品牌如：富士达、东芝、迅达、奥蒂斯、三菱、日立和蒂森等品牌的原装电梯上都可以带能源反馈装置。只是引进时这套装置报价较高，开发商为降低成本没有选用而已。目前国产电梯出厂时都不配有电能回馈装置。

 

　　凡是超高层建筑物内或者梯速3.5米/秒以上的高档电梯大多都使用了这套装置，因为电阻放热的方式对这类电梯已经不起作用了。

 

　　目前北京市场上常见的电能回馈器品牌有武汉欧德、深圳加能、秦皇岛前景和西子奥的斯等。他们的产品原理、构造和性能基本相似，只是辅助功能有些差别。理论寿命可达70000小时以上。

 

　　目前市场上能源反馈装置的设计完全是按照无人管理的全智能模式设计的（傻瓜型）。外观上看就像一个配电箱，大多采用壁挂式，体积大约在0.1立方米以下。回馈器有6根引出线：其中3根相线分别接在三相电源上，作用是向低压电网回馈电能。另外2根接在变频器的直流端上，其作用是从直流母排上收集过剩的电能。剩下一根是接地线（PE线）。

 

　　为了用户能够确认回馈器的节电功能，在安装首台回馈器的线路上通常还要安装三块电表（见原理图），其中一块（A）计量不含有回馈电量的用电量，也就是没有安装回馈器时电梯的用电量；第二块(B)计量包含回馈电量在内的电梯用电量；第三块（C）专门用于计量回馈的电量,也就是节约的电量。

 

　　它们之间的关系是：B=A-C。在电梯运行期间，一旦电梯的电动机进入发电状态，人们就可以清楚地看见电表B反转，电表A微动或不动，电表C正转。不过一定要注意一点，这里安装的电表必须是机械式电表，因为电子式电表是不会反转的。

 

　　电梯节能效益

 

　　电梯能源回馈器的节能效益是相当高的。中国特种设备检验协会对某产品进行过能耗测试：工况为100%载荷（满载）时往返10次的耗电量，用电能回馈技术前耗电0.852Kw.h，应用电能回馈技术后耗电0.472Kw.h，节电率超过44%；工况为0%载荷（空载）时往返10次的耗电量，用电能回馈技术前耗电0.748Kw.h，应用电能回馈技术后耗电0.486Kw.h，节电率超过35%。

 

　　根据笔者实观察和测试发现：节电量与电梯的工作状况有很大的关系。楼层越高，日平均运行频次越多，电梯的梯速越高，停站次数越频繁的电梯使用回馈器的节能效益就越好。在高层写字楼内，每天叫梯次数超过1000次的电梯，安装回馈装置以后节电率几乎都能够达到33%以上。

 

　　此外，使用该项技术以后，放热电阻不再工作，电梯机房的室内温度大幅度下降。机房空调的工作时间减少40~60%（依电梯机房的位置和结构而异），进一步降低了电梯系统的能耗。

 

　　写字楼、商场、医院由于受到电梯客户群的影响，其主要工作时间相对集中在8：00到16：00这段时间内，此间电价较高，节电效益更加明显。

 

　　例如：深圳某大厦。电梯停站30层，梯速2.5m/s。实验状态：不用回馈器和用回馈器，各运行2周。不用回馈器用电量是817千瓦时。电阻温度128摄氏度。使用回馈器用电量是491千瓦时。电阻温度22摄氏度。节电率大约39%。一年节约的电费就超过了改造的投资。

 

　　对几个问题的解释

 

　　加装电能回馈装置是否会影响电梯的安全运行？

 

　　电梯的电能回馈装置是在直流母排上并入的。原有变频器的保护功能都在起作用，而且回馈装置本身也都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），同时这些保护的设置参数都优先于电梯控制柜和变频器的保护参数的水平，一旦回馈装置发生故障，其自身的各种保护就会先于电梯控制回路保护起作用，使回馈装置停止工作。此时电梯仍可以正常工作，只是没有了电能回馈的功能而已。

 

　　什么样的电梯适合安装电能回馈器？

 

　　变频的垂直电梯都可以安装电能回馈器。非变频或者无机房电梯不能安装。

 

　　从节能效益上讲，首先应该考虑在楼层高、运行频率高、梯速高和停站多的电梯上使用这项技术。这样投资回收期较短，而且电梯机房环境的改变更加明显。

 

　　根据调查资料看，每天运行次数超过1000次的电梯安装电能回馈器后，1年左右的时间内基本可以回收初期投资。住宅楼的电梯运行频率明显低于商写楼内的电梯，所以回收的年限会明显长一些，一般要两年左右。