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对我国电梯节能技术的探究

作者：韩光昕日期：2014-06-24 09:51 来源：电子技术与软件工程

摘要：综合分析认为，电梯作为典
型的垂直升降系统，在实际运行
期间，能耗比较突出的构成部分
包括两个方面，其一为曳引系统，
其二为驱动系统。相应的，对电
梯节能技术的研究也应当以上述
两方面问题作为重点关注对象。
本文即从节能的角度入手，分别
针对曳引系统、驱动系统、以及
控制系统当中相关节能技术的应
用要点展开分析与探讨，值得业
内人士引起关注与重视。
【关键词】电梯节能技术曳引驱动控制
本文即围绕电梯节能技术这一中心问题，
展开分析，总结如下：
1 电梯曳引系统节能技术分析
曳引系统作为整个电梯的核心，其运行
效率将直接对整个电梯系统的节能水平产生影
响。电梯曳引系统应用技术的发展主要经历了
以下三个发展阶段：第一阶段为基于涡轮、蜗
杆传动的曳引机装置；第二阶段为基于齿轮传
动的曳引机装置；第三阶段为基于无齿轮传动
的曳引机装置。以往所使用的曳引机装置大多
体积较大，自重较大，不仅传动效率低下，同
时能耗水平较高。伴随着无齿轮曳引传动技术
的快速发展，除使得整个电梯曳引系统的传动
效率得到了显著提升以外，还能够达到改进整
个曳引机装置结构布置的目的，避免了齿轮传
动下对齿轮加工精度的严格要求，可操作性强。
在基于无齿轮传动的曳引机装置运行
过程当中，系统驱动通过永磁同步机的方式实
现。既有的研究显示：永磁同步电机较异步电
动机的运行效率更高，但在以低负载率状态运
行或变速运行的状态下时，仍然有一定的节能
空间。根据对其损耗构成的分析，认为机械损
耗会受转动速度快慢的影响，无法进行自主控
制，故而近需要在节能研究中考虑曳引系统铁
损耗以及铜损耗。
节能技术应用的主要思路在于：通过构
建永磁同步电机等效电路图的方式，探讨铁损
耗、铜损耗受励磁电流大小以及转动速度的影
响关系，导出不同工况下对应的励磁电流最优
解，获取对应的定子磁链指令值。在这种曳引
系统控制方案下，与直接转矩控制方案结合，
根据实际运行工况，及时调整永磁同步电机的
磁链取值，依赖于降低电机损耗水平的方式，
达到节能的目的。
2 电梯驱动系统节能技术分析
在电梯系统的正常运行过程当中，驱动
系统是最为典型的运动控制系统，其控制对象
主要为：电梯的启动动作、加速动作、匀速动
作、减速动作、停止动作。当前，大多依赖于
对变频调速技术的合理应用，来改进电梯驱动
系统的控制性能，兼顾一定的节能效益。在变
频调速技术应用的背景之下，成功取代了传统
意义上电梯所使用的基于交流双速驱动的控制
系统。在新时期，如何通过对变频调速技术的
进一步研究与应用，将其在促进电梯驱动系统
节能方面的优势发挥出来，同时实现对驱动系
统工作效率的提升，这一问题备受关注。主要
的实现途径可以归纳为以下两个方面：
（1）对变频器再生能量回馈技术的应用：
从负载角度上来说，电梯系统具有位能负载的
属性，在正常投入运行后，要求频繁的执行启
停操作。同时，根据承载重量的大小做上行、
下行的往复运动。在此过程当中，电动机多表
现为四象限运行状态。两种特殊工况：空载上
行或满载下行情况下，电动机需要自常规意义
上的电能消耗状态改变为电能发电状态，此时
的电动机处于再生发电制动工况下。为了能够
解决其在此特殊状态下的再生能量问题，多建
议应用的节能技术方案为：变频器再生能量回
馈技术。本技术方案所对应的结构示意图如下
图所示（见图1）。
结合图1 来看，在电压自适应技术方案
作用之下，无论电网电压表现出何种波动形式，
仅在电梯机械能向电能转化，并送入直流回路
电容中的情况下，能量回馈器才能够支持将电
容中的储能传输至电网系统，达到解决因能量
回馈造成缺陷的目的。本方案下，由于显著减
少了回馈相对于电网的电能谐波污染，提高了
功率因素，故而能够在满足电梯驱动系统工作
要求的同时，实现节能方面的目的。（2）对共直流母线技术的应用：有关研
究人员通过试验研究的方式指出：在以再生能
量回馈技术方案对电梯驱动系统进行节能改造
的过程当中，设置了包括电容器、电抗器、以
及去噪在内的多种滤波措施，但仍然不可避免
在波形上产生畸变。通过对此状态下波形的截
取并进行傅里叶级数分解分析，认为此状态下
的波形表现以正弦波位置，少见赋值较低的高
次谐波。回馈能量当中的电流谐波畸变造成了
严重的能源浪费以及安全威胁问题，节能技术
应用的核心目的在于：在不对电梯驱动系统正
常运行产生不良影响的前提下，实现对能量回
馈次数的合理控制，降低电网受能量回馈的影
响。
此背景下，对共直流母线技术应用的主
要思路在于：将电梯群的各个驱动变频器直流
部分进行并联处理。一个完整的共直流母线传
动控制系统构成要素包括如下几个方面：其一
为直流接触器装置，其二为直流熔断器装置，
其三为变频器装置，其四为能量回馈装置。具
体结构如下图所示（见图2）。
结合图2 来看，本系统最大的特点在于：
通过变频器直流部分并联的方式，使电动机电
动状态以及发电状态能够实现能量的功效，连
接在直流母线上的任意电梯在载重下降或轻载
上升期间所产生能量会直接被反馈至直流母线
段上，以供其他电梯在运行中应用。同时，由
于并联后的系统中间直流环节所对应的储能容
量显著增加，故而能够有效抑制中间环节直流
电压所产生的瞬时脉动信号，在巩固系统可靠
性的同时，达到节能的目的。
3 结束语
电梯是现代建筑工程，特别是高层建筑
项目中相当关键的构成要素之一。电梯的主要
价值在于：将乘客或者货物，在短时间内安全
的运输至各个指定楼层当中。电梯在高层建筑
物中所占比例不大，但仍然有相当的节能潜力。
从这一角度入手，以节能技术为着眼点，本文
重点探讨了电梯曳引系统以及电梯驱动系统在
节能期间的技术要点，希望有关以上问题的分
析能够在后续的实践工作开展受到相关人员的
高度关注与重视。
参考文献
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作者单位
南京地铁运营有限责任公司　江苏省南京市
210012