论LEHY（菱云）电梯的节能与环保

1 前言 近年来全球能源供求关系日趋紧张，中国在2004年5月已经有24个省发生缺电现象，供需比例达到1：1.5左右。而作为耗电大户的电梯，目前全国在用的数量已达到60万台左右。这些电梯中只有1.92%的电梯采用节能型的PM电梯曳引机（永磁同步无齿轮曳引机），数量仅约1.2万台。特别是10年前安装的电梯则基本属于严重耗电型。可以估算一下电梯的耗能情况：以2004年在用的55万台电梯计算，其中54万台的电机功率约在11~27千瓦。假设电梯一天使用8小时，平均每台电梯耗电为15千瓦左右，则耗电为6480万千瓦·时，再加上一些电梯全天开启及电梯照明的用电，每天耗电近1亿千瓦·时，每月耗电约26亿千瓦·时，全年耗电约300亿千瓦·时[1]。若电梯平均能节能30%，那么，一年内可以节电90亿千瓦·时。相当于三峡电站2009年竣工后的一个多月的发电总量。在这种情况下，如何在电梯上考虑节约用电，缓解用电紧张已经在迫在眉睫。 2 应用PM曳引机的变频调速电梯的节能原理[2] [3] 众所周知，电梯是由电动机驱动的。电梯的能耗主要取决于调速控制方式优劣和所选择传动机构的性能。另外，先进的电梯调配与管理方式，也能起到节能的目的[4]。 （1） 电梯的调速方式，根据传动用电动机采用电源的不同，分为直流调速和交流调速两大类。直流调速由于其设备庞大，维护困难，将逐渐被淘汰出电梯领域。作为当今主流的电梯交流调速技术，经过了一个多世纪的漫长历程，大致可以分为变极调速、调压调速（ACVV）、变压变频调速（VVVF）等三个阶段。变极调速、调压调速等方式都属于低层次、高能耗的技术。而变压变频调速技术属于节能型先进技术。变压变频调速具有显著的节能效果。以下按照电梯运行的不同阶段来分析变压变频调速电梯的节能性。电梯运行可分简化为起动、稳速运行、制动三个阶段。 (a) 起动阶段：ACVV 电梯在工频(50Hz)下起动，由于电机转差大，转矩特性差，造成了3 ~5倍于额定电流的起动电流（无功电流占了一大部分），而VVVF由于在低频条件下起动，无功电流小，从而大大降低了总的起动电流，降低了能耗。 (b) 稳速段：ACVV电梯在稳速运行段所消耗的能量在满载和半载上行的条件下与VVVF控制的电梯相近。而在轻载上行（或重载下行）时，由于倒拉效应，ACVV电梯要从电网取得能量产生制动转矩，而VVVF电梯工作在再生发电制动状态，不需从电网中获得能量。 (c) 制动段：ACVV电梯在制动段一般采用能耗制动方式，即从电网中取得能耗制动电流，电流变成热能消耗在电机的转子中，对于较大惯性轮的电机，能耗制动电流可达到60~80A，电机的发热也比较严重。而VVVF电梯在制动段不需从电网中获得任何能量，电动机运行在再生发电制动状态，电梯系统的动能转化成电能消耗在电机外部电阻上，不仅节能，而且也避免了制动电流引起的电机发热现象。 经实际运行测算比较，采用VVVF控制的电梯，与ACVV调速电梯相比，节能达30%以上。VVVF系统还可以提高电气系统功率因数，降低电梯线路设备的容量和电动机的容量达30%以上。 根据以上所述，可知VVVF变频调速电梯具有明显的节能特性，代表了电梯调速的发展方向，具有显著的经济效益和社会效益。 （2） 低速领域电梯（目前国内用得最多的是 2.5m/s的低速电梯）的传动机构，在交流调速方式下，一般可分为两大类：第一类为交流异步电机+减速箱结构；第二类为永磁同步电动机驱动的无齿轮曳引机。由于交流异步电机+减速箱结构系统中，异步机的效率与减速箱效率的乘积约为0.6，而永磁同步电动机驱动无齿轮曳引机的效率高达0.9以上，所以可以比交流异步电机+减速箱结构系统节能30%以上。 （3） 先进的电梯调配与管理方式,可以最大程度地充分利用电梯的垂直交通功能，尽量避免低效运行，甚至是无效的空驶，同样也能够起到节能的作用。 3 LEHY(菱云)电梯的节能特点 上海三菱电梯有限公司成功研制的LEHY小机房系列电梯，主要应用于住宅、商务楼的中高档电梯产品。其蕴涵的技术达到了国际先进水平。其节能特点主要体现在以下几方面： （1） LEHY采用微机网络控制的变压变频（VVVF）空间电压矢量控制交流调速技术。VVVF交流调速电梯比常规的调速电梯（如ACVV交流调压调速电梯）每台能节省电量近50%。以1.75m/s、1000kg、18层站规格电梯来说，平均每台梯每年可节电达8760千瓦·时(两台工况相同的实际使用的VVVF、ACVV电梯一年运行测试结果)。 （2） LEHY采用了永磁同步电动机驱动的无齿轮曳引机（即PM曳引机）技术。在电梯技术最近十年的发展历程中，PM曳引机因其节能，低振动，低噪音，安全性和可靠性高，结构尺寸小，环境污染少等多项优势，替代传统有齿轮曳引机已成为不可逆转的趋势。上海三菱电梯有限公司在这项新技术应用的浪潮中也一直走在国内同行的最前列。上海三菱电梯有限公司在上世纪九十年代就引进了采用了PM曳引机的中高速电梯，最先在国内电梯产品中应用了PM曳引机技术。并且经过不屑的努力，成功研制了应用于LEHY电梯的载重量630～1350kg、速度1～2.5m/s所有规格的电梯用PM曳引机系列，其性能均达到或超过了国内外著名厂商的产品。PM曳引机技术的采用使得LEHY电梯比传统的异步电机驱动的蜗轮蜗杆曳引机电梯系统节约电能30~50%。而且PM曳引机日常维护简便，又无须润滑油，节约了大量的人力、物力。 （3） LEHY电梯的PM曳引机小型化、轻型化。由于PM曳引机的技术特点，其整机厚度及重量约为蜗轮蜗杆曳引机的1/4~1/2，如此大幅度减小曳引机的体积和重量，不仅减少了原材料的使用，也使电梯的小机房布置得心应手。 （4） 由于LEHY电梯是小机房电梯，其机房的平面面积与井道截面一样大，约为传统的电梯机房面积的三分之一到二分之一，节省了建材及土地资源。 （5） 采用VVVF矢量控制变压变频调速的无连杆门机，并采用速度、电流的双闭环控制，不仅开关门更平滑，维修更方便，而且更加达到了节能的目的。 （6） LEHY电梯采用了先进的IPM功率模块，IPM比先前技术的IGBT功耗小（即开关损耗小），降低了能源消耗，同时也节省了铝制的散热器材料。 （7） 使用了大规模ASIC电路和表面贴装技术，极大地减少了双列直插分立元气件的使用，在实现相同功能情况下的印板面积的缩小（约只有原来的1/3），极大地减少了原材料的使用。并且同时又降低了器件的功率损耗。 （8） LEHY电梯是全电脑微机网络控制，各个子系统均带有独立的CPU，而且相互间通过高效、高可靠性的CAN（现场总线）连接，所以故障率非常低，为客户减少了大量的维修人力、物力，可以取得可观的节能效应。 （9） 采用了具有更高抗干扰性能的DC3.3V低内核电压CPU及其它低工作电压的芯片（传统的CPU和芯片是DC5V工作电压），从而大大降低了控制印板的功率损耗。 另外，LEHY电梯还具有国际先进的调配功能和许多电梯节能功能，如： （1） 应用了专家系统、模糊逻辑和人工神经元网络控制的电梯群控调配系统，极大地提高了电梯群控系统的效率，不仅缩短了乘客候梯时间30%以上，而且减少了电梯启动、运行次数，从而达到了节能30%以上。 （2） LEHY电梯有轿厢照明自动熄灯和轿厢风扇自动停止的选择功能，即：电梯在休眠时（没有乘客需要服务时），将轿厢照明和风扇自动关闭，以达到节省大量电能的目的。 （3） 电梯的层站及操纵箱显示在电梯不服务时，能够自动变暗或熄灭，以节省电能。 （4） 具有防捣乱功能。即如果有小孩或他人恶意按压了许多电梯的指令按钮，电梯会根据称量值，自动取消恶意指令，或者可以由乘客将无效指令按压消除，避免电梯无效地乱跑，耗费大量的能量。 4 LEHY电梯的环保特点 节能和环保总是相提并论的。在LEHY电梯中使用了永磁同步无齿轮曳引机，该曳引机不仅仅省电，而且体积小、噪音小（比传统的曳引机小10dB（A）以上、寿命长，无须加润滑油，环保性能更好。另外，LEHY电梯的节能，本身就是环保的一大体现。 5 结论 LEHY电梯采用了国际先进的PM曳引机技术、VVVF变压变频驱动控制技术，同时又有先进的管理调配技术和节能功能，是代表当今国际先进水平的节能、环保型电梯，它的成功推出，对于推动中国的节能事业必将起到重要作用。 参考文献 [1] 武汉通益电气. 节能技术介绍，“电梯节能技术应用”[J]， 2005.5 [2] 李刚，沈大威. “变频调速技术在电梯改造中的应用”[J]，节能技术，第21卷，2003.7，第4期：39~40 [3] 张福恩，吴乃优，张金陵，李秧耕. 《交流调速电梯原理、设计及安装维修》[M]，机械工业出版社，1991 [4] 周志翔，刘剑. “超高速电梯发展中存在的问题与研究方向”[J]，控制工程，第10卷，2003.5：140~143 朱武标，甘靖戈，上海三菱电梯有限公司技术中心产品开发二部，200245 上海市闵行区江川路811号 信息来源于：中国电梯