电梯、起重机、卷扬机的节能节电

关键词：变频；电梯；起重机；卷扬机；节能节电 中图分类号：TP23 文献标识码：A Energy- saving and Electricity- saving of Lift and Elevator and Windlass SHEN Hong, ZHANG Wen-xiu, XU Zhi-dong (Shenzhen Encore Electric Technologies Co. , LTD, Shenzhen 518057, China) Abstract: This paper introduces the inverter technique control of lift and elevator and windlass at present. It is that mostly appeases the technics, but ignores the evergy - saving. The author emphaticly expatiates how the optimal effect of evergy - saving makes use of the inverter. Key words: iverter lift; elevator windlass; evergy - saving; electricity - saving 这类机械都是将人(或重物)提升或下降的一类机械，工作原理、运行状况大同小异，在此我们着重分析电梯的情况。 电梯现在越来越多，在对宾馆、写字楼等的用电情况调查统计中[九]，电梯用电量占总用电量的17％，仅次于空调用电量，而远高于照明、供水等的用电量。我们认为这是一个很不应该的现象。从理论上分析，如果电梯的电气传动系统做好了，电梯的用电量应该是非常小的，比照明、供水等用电量都要小。因此，可以说目前电梯的节能节电潜力是非常大的。为什么呢?因为电梯将人送上去了，可人还是要乘电梯下来，电梯将人加速了，快到时还是要减速的。因此从功和能的角度分析，始终是一个有出有进的状态。电梯将有(G=mg)送上一个高度(h)，电梯作功变成了重力的势能A=mgh，而下降时这个势能将释放，电梯作功将人加速到某一速度就储存了动能1／2mv2，快到时，这个动能将要释放出来，这是电梯功能传递的主要形式。对于升降电梯时钢丝绳与轴的磨擦，或者链条与齿轮的磨擦，电梯里的照明、通风、停止时的机械拖闸等消耗的电能都是很小的。因此如果能将电梯对重物作功储存的势能、动能，在它们释放时能利用起来或送回电网，那么电梯用电就会变得非常小。要实现这些能量的转换，现在已经有了许多成熟的技术，只是没有认真做好这一工作。 现在电梯的电气传动系统大多采用变频调速系统，与过去老式的双速电机传动相比，起制动加减速都要平稳舒适得多，平层也准确；与直流发电机一一电动机组系统相比也具有可靠性高、容易维护、噪音小、体积重量小的优势，因而新的电梯几乎都是用变频调速系统。看看这些变频调速系统，都无一例外的配备有“制动单元”和“制动电阻”，我们的变频器生产厂家(在深圳近二十家)，有的还生产“电梯专用变频器”，无一例外都是这种结构形式，没有四象限运行功能。电梯在下降时势能释放，减速时动能释放，电动机都处于发电制动状态，发出来的电都通过制动单元送到制动电阻上转化为热能，白白消耗掉了。这个制动电阻的平均功率相当大，往往占到电动机额定功率的一半左右，可见效率之低，费电也就可想而知了。应该说这样的变频调速系统与老式的双速电机，或直流发动机一一电动机系统相比，从节能节电这个角度来衡量是一种倒退，尽管后者能量转换效率不高，但还是能转换一部分的。不带制动电阻，能实现四象限运行，能顺畅将势能、动能转化为电能送回电网的电梯变频调速系统也是有的，只是太少了，现在还只在进口的超高速(300米／分以上)电梯上采用，像地王大厦，1～40层中间不停的电梯，如用制动电阻将是不可想象的。 电梯电动机在下降时都处在发电制动状态，两种变频器的不同在于：一种只能将发电电能消耗在电阻上，而另一种能将电能送回电网。 室内电梯一般都配有平衡锤，与上述情况略有不同，其位势负载转矩不一定是单方向的，正、负、零都有可能。当轿厢加某个人数的重量与平衡锤相等时，位势负载转矩为零与纵轴重合。因此，不论是升或降都不会有势能的变化和储存，这个平衡锤的作用可降低拖动电机的额定容量，减少势能的变化，但却增加了动能的变化，这对于不能四象限运行的变频调速系统还是有一定的节能效果，对于能四象限运行的变频调速系统，从节能的角度看作用不大。 电梯要节电，核心是如何利用储存的势能与动能，将处于发电制动状态电机输出的电能利用起来。实现的办法很多，除了前述双速电机、直流发动机一一电动机系统以外，现在技术已经成熟的晶闸管可逆直流调速系统(无环流或可控有环流系统)及晶闸管电流型变频调速系统等，它们都可以顺畅地进行能量转换，实现四象限运行。就是目前广泛用在电梯上的电压型变频调速系统，去掉制动电阻实现四象限运行也并不困难，技术上是成熟的，将变频器中整流部分变成可控的，再反并联一个逆变器就可以实现，结构和成本只是增加约三分之一，节电可就多啦，估计几个月内就可收回成本。据我们所知一些变频器生产厂家，正在打算开发这个产品，本文的作用也是为向大家介绍这个系统在电梯节能节电中的利害关系，希望得到各方的响应。当然还要做些宣传，打消一些人的顾虑，这种系统节能节电大家都承认，也有人认为电机回馈电能时，电度表不会反转，因而没有实际意义。这个顾虑是多余的，因为你的楼房或小区并不只有这一台电梯，还有处于其它工作状态的电梯，还有大量其它用电设备：空调、供水、照明等，这台电梯回馈的电能可送到其它用电设备，总电表走慢，减少计量，少交电费也就是实在的了。 我们希望这种四象限运行电梯专用变频调速系统的研制单位一定要认真做好这一工作，尽管其工作原理并不复杂，技术也较为成熟，但用在电梯上还需解决一些问题，不要遗漏，更不要出错，人命关天啊! 现在新的起重机、卷扬机也大多用上了变频调速系统，分析方法同上。老式的起重机、卷扬机大多采用绕线式异步电机转子串电阻的调速方法，转差能量都消耗在电阻发热上，效率很低。记得在80年代，一些单位将所串电阻去掉、将其改为串级调速，将转差能量再送回电网，效率大大提高，改成双馈式串级调速，还可以将势能、动能送回电网。技术成熟，想法也很好，但粗制滥造，发生了几起严重事故，当时地矿部不得不发文禁止这种改造，这一技术的实现中途夭折，我们希望电梯用四象限运行变频器的研制单位要吸取这个历史的教训。 其实，要利用电梯储存的势能、动能，也不一定非要四象限运行的变频器，例如滤波电容加大一些也可以多储存一些电能从而减小制动电阻功率。现在有些带制动电阻变频调速的电梯同时还配备了一组电池，这组电池的作用仅仅是为突然停电时，避免电梯卡在中间，用这组电池作为动力使电梯平层，让人走出来。这里实际上还没有充分发挥电池的作用。如果增加适当的电路和电池容量，取消制动电阻，至少减少制动电阻是可能的。电机发电制动时给电池充电，电动状态时由电池提供部分电力同样可以起到节能节电的效果。这个方案，系统的复杂程度，成本等都是较低的。 总之，电梯的节能节电方法很多，让我们共同努力，一定可以实现。