电梯用节能装置与测试平台的研究

袁嘉霖

(日立电梯电机（广州）有限公司广东省广州市510670)

摘要：电梯是一种与人们的日常生活密切相关的交通工具。随着电梯数量的急剧增加，巨大的电梯能耗已经引起社会和政府职能部门的密切关注。《特种设备安全法》第七条规定“特种设备生产、经营、使用单位应当遵守本法和其他有关法律、法规，建立、健全特种设备安全和节能责任制度，加强特种设备安全和节能管理。本文分析了电梯用节能装置与测试平台的研究。

关键词：电梯；节能装置；测试平台；

随着中国经济建设的不断发展，人民生活水平的不断提高，电梯的拥有量呈不断上升趋势，电梯的能耗也随之不断增高。据资料介绍，中国仅三星级以上的酒店，空调和电梯两项耗电量就占城市耗电量的三分之一，电梯已成为现代建筑最大的用电设备之一。因此，社会各界已开始普遍研究电梯节能降耗，开展电梯的节能降耗工作已经是大势所趋，是一件利国利民的工作，能够增加社会经济效益，促进社会可持续发展。

一、电梯节能方法概述

1.第一种技术是采用先进电梯控制技术。采用目前已成熟的各种先进控制技术，例如驱动器休眠技术、轿厢无人自动关灯技术、群控楼宇智能管理技术、自动扶梯变频感应启动技术等均可达到很好的节能效果。

2.第二种技术是更新电梯轿厢照明系统。LED灯具功率一般仅为1W，而且能实现各种外形设计和光学效果，美观大方。据国外相关资料介绍，如果把电梯轿厢常规使用的日光灯、白炽灯等照明工具，换成LED发光二级管，可节约用电量90%，而且LED灯具寿命是常规灯具的五十倍左右。

3.第三种是采用电源回馈技术将制动电能再生利用，降低拽引机损耗。目前研究开发的新电梯大都采用永磁同步拖动于制动电源回馈技术。业内相关人士认为，能源再生技术和电梯的完美结合将打破传统无齿轮电梯从节能到造能的飞跃。将节能、环保的行业使命进行得更为彻底。这会是电梯能耗的历史性突破，应用制动电能回馈技术可在此耗电水平节电率16%～42%，平均节电30%左右。电梯在工作过程中，向上运送与向下运送的工作量大致相等，电梯是一种垂直交通运输设备，驱动电动机通常是工作在制动发电或拖动耗电状态下。当电梯重载下行及轻载上行或者电梯平层前逐步减速的时候，驱动电动机工作在发电制动状态下，根据物理学原理，此时的电梯处于机械能转化为电能的状态。过去这部分电能只有两种泻放方式，（a）是消耗在外加的能耗电阻上；（b）是消耗在电动机的绕组中，这样会引起驱动电动机严重发热；如果是消耗在电动机的绕组中，则需要外接大功率制动电阻，但这样会产生大量的热量，浪费电能，还会导致机房升温，损坏机器设备。因此，专家们利用变频器交-直-交的工作原理，将机械能产生的交流电转化为直流电，供附近其他用电设备使用，使电力拖动系统在单位时间内消耗电网电能下降，从而使总电度表走慢，起到节约电能的目的；

4.第四种技术是改进拽引系统。此种技术可举例说明，例如将交流双速拖动系统改为变频调压调速拖动系统，电能损耗可减少20%以上；将传统的蜗轮蜗杆减速器改为行星齿轮减速器或采用无齿轮传动，机械效率可提高15%～25%。

二、节能装置功能分析

1.能量存储与利用。电梯节能装置是针对电梯使用过程中的回馈能量进行存储利用。对于电梯回馈能量的存储，当电梯释放能量时(空载上行或重载下行)，能量从电梯流向变频器。对于无能量回馈的电梯．能量会首先存在直流母线中的滤波电容上，能量的持续反馈，造成滤波电容上的泵升电压不断上升，当超过设定值之后，动作开关根据负载的状态决定导通时间，将制动电阻切人直流母线回路。消耗电梯回馈的能量。对于电梯回馈能量的利用，当电梯处于电动运行状态时，通过节能装置向电梯供电，实现能量的再利用。在电梯释放出多余的机械能的时候，节能装置能够平稳快速的吸收电梯释放的机械能。在电梯需要能量的时候。若节能装置存储有能量，则控制器控制双向DC—DC变换器将节能装置中超级电容与蓄电池存储的能量输送到直流母线侧，为电梯供电，此时电网不需要提供能量。当节能装置中的能量不足时，控制器控制双向DC—DC变换电路停止能量释放，能量通道自动切换到电网，电梯靠电网提供的能量工作。能量通道的切换利用电位差自动进行切换，不影响电梯的正常使用，也不会降低电梯的可靠性，通过上述方法，可以有效地实现电梯节能的目的。

2.紧急救援。在电梯发生困梯、故障时，传统方法是利用加装的UPS不间断电源实现应急供电。对于装有节能装置的电梯来说，节能装置中储存的电能除了能够在电梯运行于耗电状态下，经双向DC—DC变换器转换给曳引机供电，又能够通过应急电源EPS转换，在紧急情况下充当UPS电源，用于电梯的应急平层，实施紧急救援。在实际运行中，应对电梯节能装置设定阈值，使得电梯节能装置在使用过程中留有一定的电能余量，在电梯突然断电情况下，节能装置能够有充足的电量向电梯及其辅助系统供电，实现电梯的应急平层，为实施紧急救援创造有利条件。

3．辅助系统供电。节能装置中储存的电能还能够给电梯辅助系统供电，包括电梯轿厢应急照明、机房通风设备、监控系统等，是电梯回馈能量回收利用的一个重要方面。对电梯节能装置设定的阈值大小，既要满足紧急救援需要，又要能够用于电梯辅助系统的供电。在发生困梯等故障时，能够充当应急电源EPS提供轿厢应急照明与紧急报警装置使用，替代传统电梯加装独立的应急电源，节约经济成本。

三、测试平台研究

1.空载测试法基本思路。考虑到电梯运行最耗电的情况是空载下行和满载上行，最省电的情况是空载上行和满载下行，因此选择最耗电的空载下行能耗作为能效评价的主要参考指标，对于由于平衡系数的减小导致的空载下行能耗降低的情况，采用空载上行能耗来补偿。这里，为了提高可操作性和工作效率，并未采用满载法测试，同时也是因为忽略平衡系数的影响时，满载上行和空载下行的能耗差异不大，因此采用空载法作为电梯能效评价的测试方法。确定了测试方法以后，就要解决如何确定测试行程的问题，众所周知，能耗是功率和时间的函数，这里功率与载重有关，时间就体现在运行行程上，对于同一额定速度和载重的电梯来说，科学确定测试行程是正确进行能效评价的关键环节。

2.电梯能效检测装置设计。它们通过感应主电路电流的变化输出电信号经过电流调理电路获得合适的电信号传输给主控制器，电压信号由三个电压钳直接从主开关处获取，并经调理电路后传输给主控制器。电能计量模块将主控制器检测到的电流、电压信号及相位关系进行电量计算，得到有功电量、无功电量、有功功率、无功功率及谐波等电参数并进行数据存储以备主控制器随时读取。测量模式模块对本次测量模式进行设定后启动检测，电梯按照设定模式运行相应周期后，启动智能计算模块进行能耗计算分析包括平均能耗值，单次能耗值，全程能耗值和次顶层能耗值，最后输入电梯运行行程后，由能效等级计算模块进行能效等级评价，最后由人机交互模块将本次测量结果显示出来。经过多次实际工程应用，结果表明，该方法和装置精度高，效率高，检测时间短，安全、可靠，并能准确反映电梯能耗水平，因此，受到客户的一致好评，并为客户采取节能降耗措施提供技术依据。

综上所述，电梯节能势在必行，无论从长远发展，还是看眼前利益，电梯节能技术都将为企业、为社会带来良好的经济效益，促进经济的可持续发展。在能源日趋紧张的今天，节能就是创造利润，为我们的子孙后代留下宝贵财富。

参考文献：

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［2］陈家盛.电梯结构原理及安装维修［M］.北京：机械工业出版社，2015：133-135.

［3］李红昌，李常磊.曳引电梯能效评价方法的研究(电子版).城市建设理论研究，2015;(23)