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電梯能量回饋裝置的應用實踐

發布時間: 2019/5/17 17:21:00

來源:http://www.qcqce.com/news77963.html

一個匯集了28項世界領先環保技術的低碳示范樓泰達MSD


一、我國電梯發展的簡要回顧


統計數據顯示,1979年以前,我國的在用電梯不到1萬臺八十年代以來,隨著經濟建設的持續高速發展,國內電梯需求量越來越大,新增數量整體呈快速上升趨勢,并持續至今。 

  
  根據歷年的統計數據1986年,我國大陸地區電梯年產量突破1萬臺;1997年達到了近3萬臺;2002年首次突破6萬臺2006達到16.8萬臺,成為全球之首。2007年達到21.6萬臺,這個產量超過了全球當年電梯產量的40%中國電梯協會提供的信息顯示,截止到2013年底,中國大陸在用電梯總數達300萬


根據有關方面提供的對酒店,寫字樓等的用電情況調查材料顯示當出租率或者入住率比較高的時候(超過85%),建筑物內電梯的用電量可以達到建筑物總用電量的15%—25%僅次于建筑物內制冷、空調用電量高于樓內公共區域照明,供水等的用電量。隨著電價的不斷上漲,電梯節能已經成為廣大電梯使用單位十分關注的問題。近年,新建的樓宇中帶有電能回饋裝置的電梯已經逐漸開始被建設單位選用。


二、交流異步電動機的發電原理

交流異步電動機也被稱為“感應式電動機”,在電動機處在電動狀態的時候,轉子導體不斷地切割旋轉磁場的磁力線而產生電磁轉矩,使轉子發生轉動并且輸出扭矩。但是當交流異步電動機的實際轉速高于同步轉速的時候,電動機轉子切割磁力線的方向與電動狀態的方向相反,于是轉子的感應電動勢和轉子的電流方向都和電動狀態時的方向相反,繼而導致轉矩與轉速的方向相反,電動機處在回饋制動的狀態下。此時電動機輸出的機械功率0,從定子到轉子的的電磁功率也0。


P  3U11cosφ<0


說明電動機不是從電網吸收有功功率,而是向電網輸送有功功率,換句話說此時的一臺交流異步電動機已經變成了一臺交流異步發電機與電網并聯運行。但是電動機仍然需要從電網吸收無功功率以便建立旋轉磁場的磁通勢。正因為如此,這臺發電機不用考慮同步問題。


三、泵升電壓


當我們把一個重物從低處提到高處時,能量回饋裝置必須要付出能量,當把這個重物從高處放回低處時,這個能量將會釋放出來,這是“能量守恒”原理。電梯是同樣的道理,當把電梯向上提時,我們要使用電能,當把電梯從高處放下時,電梯要放出能量,為了均勻拖動負載,電梯由曳引機拖動的負載是由載客轎廂和對重平衡塊組成,只有當轎廂載重量加上轎箱額定負載的50%(1噸載客電梯乘客為7人左右)時,兩者才相互平衡。此舉雖然改變了用能的峰值點,但不能改變平均能耗。而在實際使用的過程中不太可能出現這么巧的事情,即轎箱重量加上乘客的體重正好等于對重平衡塊的重量。所以電梯基本上都是處在一種非平衡狀態下運行的。在電梯的實際運行中經常會出現以下兩種現象


1、 乘客較多的時候轎箱下降。

2、 乘客比較少或者沒有乘客的時候轎箱上升。


出現第1種情況的時候乘客的重力勢能做功,也就是釋放能量。出現第2種情況的時候,對重平衡塊的重力勢能做功。這兩種狀況下電動機就會處在發電的狀態。原因是兩種重力勢能釋放的時候就會拉著電動機向前轉,從而使電動機的實際旋轉速度高于電動機的額定同步轉速。但由于電梯用變頻器交-直-交主電力AC/DC整流電路是不可逆的因此發出來的電無法回饋到電網上去,結果造成主電路電容器二端電壓升高,這種現象稱為“泵升電壓”。

另外采用變頻調速的電梯啟動運行達到最高運行速度后具有最大的機械功能,電梯達到目標層前要逐步減速直到電梯停止運動為止。從高速到停止速度為零),這時電氣的頻率變化很快就完成了,但電動機的轉子帶著負載有較大的機械慣性,不可能很快的停止,此刻電動機在這個過程中電動機處于發電狀態,同樣會產生泵升電壓。


四、泵升電壓的處理方式


電梯運行中多余的這些能量通過電動機和變頻器轉換成直流電能儲存在變頻器直流回路中的電容中,回送到電容中的電能越多,電容電壓就越高,如不及時釋放電容器儲存的電能,就會出現過電壓。電梯控制系統的保護裝置會迫動作,使變頻器停止工作,電梯就無法運行了。為了避免這種現象的發生,目前泄放變頻器大電容中電量的方法是采用制動單元和外加大功率電阻,將大電容中電量消耗到外加大功率電阻上,實際上就是白白地變成熱能浪費掉這種通過內置或外加制動電阻的方法將電能消耗在大功率電阻器中方式被人們稱之為電梯的“能耗制動方式”。目前國內的變頻電梯幾乎全都采用這種辦法。電梯運行中,這些電阻都會散發出很大的熱量(其表面溫度可達100攝氏度以上),浪費的這部分能量占電梯用電總量的 25-40% 同時電阻產生的熱量還惡化了電梯控制柜周邊的環境,為了保證電梯控制系統其他組件能夠正常工作,管理方基本上要裝空調、風機來降低電梯間溫度,使得電梯系統的電能消耗進一步加大。在一些條價較差的電梯機房內,空調的用電量幾乎和電梯的用電量大致相同。

五、電梯電能回饋器的工作原理


所謂回饋就是將上述多余的電能經過逆變變成與低壓電網(局域電網)相同相位,相同頻率,相同電壓,相同相序交流電送回低壓電網。這與風力發電和太陽能發電向低壓電網并網送電的過程非常相像。


電能回饋器的主電路采用 IGBT 功率模塊,控制電路中產生的控制脈沖列,經性能可靠的驅動電路控制IGBT 功率單元的開通、關斷。電流指令發生器產生和回饋能量成正比的正弦波電流信號,使回饋電網的電流接近正弦波。主電路由IGBT、智能模塊IPM、隔離二極管、濾波電感、電容,外圍信號采樣器等元件組成。模塊是主電路中的核心元件,它將直流電能逆變為與交流電網同步的三相電流回送電網。隔離二極管可防止能量回饋器反送電能給變頻器,確保系統安全運行。電感和電容構成高次諧波濾波器,阻止模塊高頻開關產生的高次諧波電流進入電網,提高電能回饋器的電磁兼容(EMC)性能。回饋器采用電壓自適應控制,即無論電網電壓如何波動,只有當電梯機械能轉換成電能送入直流回路電容中時,電梯專用電能回饋器才及時將電容中的儲能回送電網,如果電容器中沒有儲能,回饋器就不工作(不發電)。為保證能量回饋器能夠安全可靠工作,產品還采用了可編程邏輯器件,使回饋器具有極強的抗干擾能力。回饋器都有完備保護功能,保證了回饋器的可靠運行。


主要技術指標大致如下:

1. 采用PWM脈寬調制技術,輸出相位準確、有效抑制高次諧波。

  2. 采用DSP中央處理器,速率高、精度高、穩定性能好、抗干擾能力強。

  3. 采用自診斷技術確保輸出電壓精確,防止電流回送,使變頻器不受影響。

  4. 電壓畸變小于5%,符合IEC61000-3-2及GB/T14549標準

  5. 應用電抗器和噪聲濾波器,可直接和0.4kV電網駁接使用。

  6. 能量轉換率97%以上,節電率在25%~45%(根據不同工況)

  7. 實現變頻調速系統四象限運行;

  8. 制動能量得到回收,系統效率提高;在頻繁制動的工況下運行時節電更明顯。


六、電能回饋器簡介


電梯能源反饋本身不是新技術,但仍屬于先進技術,只是我國引進得比較晚。在國外從90年代起,我們常見的電梯品牌如:富士達,東芝,迅達,奧蒂斯,三菱,日立,蒂森等等品牌的原裝電梯上就都可以帶能源反饋裝置。另外在油田抽油機,礦井的提升機等等地方,這項技術也得到了較為廣泛的應用。


國內超高層建筑物內或者梯速3米/秒以上的高檔電梯的基本都使用了這套裝置,因為電阻放熱的方式對這樣的電梯已經不起作用了。但在一般建筑物中,由于在引進的時候這套裝置報價相當高,所以絕大部分開發商在初期建設的時為了降低成本都沒有選用。如果你有興趣去電梯機房觀察一下電梯控制柜,在其變頻器的出線端子排上幾乎都有標著“+”和“—”這樣兩個端子,這就是電能回饋裝置的接線點。目前國產電梯出廠時都不配有電能回饋裝置。


進入本世紀以后,這項技術被一些廠家引入國內,目前北京市場上常見的有深圳0TT,深圳加能,秦皇島PROSPECT,西子奧的斯等幾個廠家的產品。他們的產品從原理,構造和性能上基本相似,只是在輔助功能上有些差別而已。理論壽命可達70000小時以上


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