能量回馈器在电梯节能方面的应用_传动机械_机械设备_行业资讯

1、引言

据有关统计数据表明，电动机拖动负载的消耗电能占总耗电量的70%以上，因此，电动机及其所拖动负载的节能具有特别重要的社会意义和经济效益。

电动机及其负载节约电能的途径主要有两大类:一是提高电动机或负载的运行效率，如装上“记忆大脑”的电梯——一幢大楼内，多台电梯常常同上同下，十分耗电。如何让电梯变得聪明而省电？现代控制技术可以说解决了这一问题，“人工神经元”如同一个信息处理和记忆库，它以每一周为时间段，记载着这一周电梯的运行情况。根据记载的信息，“人工神经元”会生成最为省电的运行模式，控制大楼里的多台电梯，让它们分工明确，在适当的时间到达适当的位置，方便乘客上下，又减少了电梯启动、运行次数。对群梯而言，节约电能可达30%以上。另外如无人乘坐时电梯照明自动关闭、自动扶梯自动停止或低速运行等等，都是以提高电动机运行效率为目标的节能措施;二是将电机以转换到负载上的机械能反变换成电能回送电网，使电动机和负载在单位时间内消耗的电网电能下降，从而达到节电的目的。有源能量回馈即属于第二类节约电能的典型装置。

众所周知，电动机拖动负载旋转运动即具备了机械动能，如果电动机拽引上、下运动的负载(如电梯、吊车、水库闸门等)便具备了位能。当电动机拖动负载减速运动时，其机械动能将释放出来;当位能性负载下降运动时(位能减少)，其机械为能也将释放出来。如果能将这两部分机械能有效转换成电能并回送给交流电网，就可达到节约电能的目的。

2、电梯节能分析

采用变频调速的电梯启动达到最高运行速度后具有最大的机械动能，电梯到达目标层前要逐步减速直到电梯停止运动为止，这一过程是电梯负载释放机械动能的时段。变频调速器通过电动机可以将这一时段的机械能变成电能存储在变频器直流环节的大电容中，此时大电容好比一座储量有限的小水库。如不及时排放小水库中注入的水量，则水库回发生溢出事故。同理，如不及时泄放大电容中的电量，也会发生过压。目前变频器泄放大电容的方法是采用制动单元或外加大功率电阻，将大电容中电量消耗到外加大功率电阻上白白浪费掉。有源逆变器则可以将大电容中储存的电量无消耗地回送给电网，从而既达到节电目的，又无耗电发热的大功率电阻，大大改善了系统的运行环境。

电梯还是一个位能性负载，为了均匀拖动负荷，电梯负载由载客轿厢和对重平衡块组成。只有当轿厢载重量约为50%(如1000kg载客电梯乘客为7人左右)时，轿厢对重平衡块才处于双方质量基本平衡状态，否则，轿厢和对重平衡块就会有质量差，使电梯运行时产生机械位能。电梯质量重的部件上行时，由电动机吸收电网电能转换的机械位能增加，电梯质量重的部件下行时，机械位能减少，这减少的机械位能释放出来通过电动机转变为变频器直流环节大电容储存的电能，有源能量回馈器再将这部分电能回送给电网。

分析计算和样机实测表明，电梯的梯速越快，楼层越高，机械转动消耗越小，则可以回送电网的能量越多，最多回送电量可达电梯总消耗量的40%，即节电效率达40%之高。

以上分析表明，在电梯、吊车等快速上、下运动装备中，采用有源能量回馈器具有明显的节能效果。此外，在电力机车、龙门刨床等频繁起、制动运行的装备中，也有较明显的节能效果。

3、节能装置的结构及基本控制原理

有源能量回馈器主回路结构如图1所示,主要由三相IGBT（绝缘栅双级晶体管）全桥、串联电感、滤波电容及一些外围电路组成。

图1 电梯有源能量回馈器主回路结构及连接方式图

它的输出端与电梯变频器的输入端子R、S、T相连;输入端串联有两个隔离二极管VD1、VD2,再连接到变频器的PN线上。该二极管保证了能量只能由变频器母线流经能量回馈器输送到电网上。其工作过程是:上电后,J1、J2接触器吸合,并延时合上J3切除上电电阻。当电梯电动运行时,开关管VT1～VT6全部被封锁,处于关断状态。当电梯再生发电时,电梯变频器母线电压升高,经VD1、VD2后使回馈器母线电压也升高。当母线电压高于设定开启值后,回馈器开始工作,将电能回馈到网侧。

有源能量回馈器的功能可以用图2来描述，控制电路(虚线框内)由单片微机可编程逻辑芯片、外围信号采样器构成，配以冗余度高的软件设计，使控制电路能自动识别三相交流电网的相序、相位、电压、电流瞬时值，有序地控制IPM（智能功率模块）工作在PWM状态，保证直流电能够及时地回送到交流电网。