电梯能量回馈装置的节能性研究

陆平

南京市特种设备安全监督检验研究院 南京 211000

摘要：电梯的运行是一个系统且对稳定性和安全性的要求较高的工作，在持续应用的背景下，电梯运行的总体能量消耗也是相对较大的。通过辅助装置的安装达到电梯能量回馈的目的，是现代电梯运行状态所追求的主要目标，电力能量回馈装置的结构和运行状态直接影响着装置的节能效果，因此，需要结合具体的运行系统和能量回馈装置的结构对节能效果进行分析，为在运行过程中取得更好地节能效果提供支持。

关键词：曳引电梯；能量回馈；节能分析

0 引言

回馈装置实际上是对能量实现二次循环利用的先进技术性装置。在节能环保和可持续发展作为基本要求和基本政策提出的大背景下，各行各业在工作开展中都应当重视节能降耗的问题 ，通过引进先进的技术和设备达到提高节能效果的目的，而且对于资源的最大化利用也是降低运行成本的一种关键性措施。对于本文研究的电梯能量回馈装置而言，要想充分发挥其作用，就需要对装置 的基本结构、运行原理以及运行线路上各个装置的功能发挥要点进行全面的了解。从本质上来说，电梯运行的过程本身就是一个能量相互转换的过程。具体的能量转换形式为重力势能以及电能之间的转换。能量回馈装置的工作状态也具有一定的系统性，主要是依托变频器装置实现将直流侧储存在电容中的电力资源向交流电的方向转变，当直流电转变为交流电后，电力资源就具备了二次应用的价值，这部分交流电可以通过直接反馈的形式回归到电网系统中^[1]。在 整个系统中，电路上锁包含的装置设备有二极管、串联电感设备、三相IGBT全桥以及滤波电容。在连接方式上，是将回馈装置的输入端与变频器的直流电源母线进行连接发挥作用的，另外，为了消除其他设备和整个电力系统网络的干扰作用，还需要在线路内部装上扼流电抗器。当对装置本身的运行状态有了整体上的了解，才能为进一步的节电率测试工作提供便利。

1.电梯的四象限运行

在曳引驱动电梯的工作过程中，电梯的额定载重量、对重重量、轿厢自重之间的关系为：

其中， 为轿厢自重， 为对重重量， 为电梯的额定载重量， 为电梯的平衡系数。

图1 电梯对重负载示意图

如上图所示，当轿厢空载或轻载上行时，对重重量远远大于轿厢及其载荷重量，电动机工作在发电状态；当轿厢满载或重载上行时，电动机工作在电动状态；当轿厢空载或轻载下行时，电动机工作在电动状态；当轿厢满载或重载下行时，电动机工作在发电状态。这就是电梯的四象限运行。

轿厢状态	工作象限	电动机状态
轻载上行	Ⅰ	发电
轻载下行	Ⅱ	电动
重载下行	Ⅲ	发电
重在上行	Ⅳ	电动

如上图所示，电梯工作在Ⅰ、Ⅲ象限时，电动机工作于发电状态所产生的电量，传统的电梯是采用散热电阻来消耗，造成电能浪费的同时还会影响电梯机房的温度。本文探讨的能量回馈装置是将这些电能通过整流逆变成三相交流电，再经过LCL滤除高频谐波，并入电网，形成能源的再利用。

2.能量回馈装置的结构及原理

图2 电网侧主回路结构图

目前，市面上绝大多数的交流变频调速电梯主要是由三相不可控整流电路、中间直流环节以及三相可控全桥逆变电路组成，针对这种调速系统的电梯能量回馈装置只需在中间直流环节加入三相全桥逆变电路、滤波装置和外围电路，如图2-1所示。

当电梯工作在Ⅰ、Ⅲ象限时，电动机工作于发电状态所产生的电量进入到中间直流环节的电容上，使电容电压升高，此时，不可控整流环节停止运行，直流母线上的电能经过能量回馈装置的全桥逆变器逆变成三相交流电再经过滤波装置，回馈到电网系统中^[1]。

3、能量回馈装置节电率的计算分析

节电率数据的计算需要明确数据计算的基本原理，在测试节电率的工作中，还需要结合实际进行工况的模拟。从而获得具有参考价值的节电率数据信息。

（一）公式结构分析

在具体的公式结构中，包括了电梯的能耗情况、工作周期、一个 周期内的单位书电量三项主要指标。其中输送电量的单位值、一个工作周期内的电网书电量以及一个工作周期内的电梯运输负荷工作量是计算节电率数据的关键指标。节电率的计算公式中如下

T=

（二）模拟测试分析方法

1.选取实验样本

为了结合实际分析电梯能量回馈效果，本文选取电力的额定载重、高度提升以及曳引驱动状态三方面的影响因素进行分析。观察电梯运行过程中的节能运行下过。关于额定载重的选取范围，可选取最小630kg，最大825kg以及最大1600kg和最小1350kg两组载重模式的电梯进行对照，提高高度指标范围也控制在30至50m，60至80m两组范围内

^[2]。这两种样本模式是 现阶段电梯运行的主要型号和模式，选取这两种规格进行研究，可保证所取得的研究结果具有普遍意义上的参考价值。

2.测试与数据计算

测试与数据计算的工作需要通过对多次测试的结果求取平均值的方法获取最终的计算结果，一方面确保计算结果的科学性，另一方面确保对比分析的结果具有参考价值。在本文的研究中，通过选取多个电梯，结合其不同的运行工况开展 测试工作。测试中分别观察装上能量回馈装置以及不安装能量回馈装置两种 情况进行观察和记录。下表1为两种不同情况下随着电梯荷载比例的变化所计算出了的节电率数据统计表。

表1 不同工况电梯的节电率数据统计表

荷载率（%）	功率累积量（Wh）		节电率情况（%）	平均值（%）
	安装装置	未安装
0	177.35	315.21	43.58	33.85
25	142.73	203.14	31.04
50	110.14	133.25	16.75
75	153.75	228.37	33.41
100	189.42	343.81	46.02

通过分析观察可知，安装了能量回馈装置的电梯系统在运行中的功率消耗累积量 得到了显著的减低，节电率也总体上呈现下降的趋势，可见安装了回馈装置后，对于 电梯运行而言能够达到较好的节能效果。

4、能量回馈装置在应用中的注意事项

从实际应用的角度上来说，能量回馈装置的应用需要考虑到外部环境因素的影响^[3]。例如，不同的运行工况下，不仅电梯的整体运行状态存在差异，对于节能效果的影响程度也存在差异，尤其是在比较复杂的工况背景下，需要运行人员对于节电率这一指标的准确数据做到准确计算和分析，从而为进一步取得良好的节能运行效果提供支持^[4]。另外，装置本身的运行状态和质量水平也是影响运行效果的关键性指标，需要技术人员在电梯运行以及回馈装置运行的过程中做好监督和管理工作，避免由于装置本身的质量问题给节点效果的取得带来不利影响。最后，管理工作的开展还应当从维持 电梯运行的稳定性和安全性的角度入手进行合理控制和优化，保证在达到一定的节能效果的同时，电梯的节能功能也能够得到切实有效地发挥。

5、结束语

综合分析可知，对于电梯的运行而言，节能装置的安装是其长期运行和应用的一个必然要求，为了取得更好地电梯运行状态 ，选择合理的节能回馈装置进行安装是非常重要的。另外，技术人员还应当针对装置的运行状态和运行原理进行全面控制，力求将节能装置的作用实现最大化地发挥。

参考文献:

[1]刘军,杨旭.电梯能量回馈装置的应用与检测[J].特种设备安全技术,2019,227(02):47-49.

[2]黄龙涛,王海平,刘继征,etal.曳引式电梯能耗的分析与研究[J].机械工程与自动化,2020,000(003):148-150.

[3]吴毓麟,贾传圣,沈梦洁,etal.交流变频电梯能量回馈控制系统的设计[J].通信电源技术,2018,035(001):51-53,55.

[4]张磊[1].试论在电梯节能中能量回馈节能技术的应用[J].科学与信息化,2018,000(009):61-61.