根據(jù)中國電梯行業(yè)協(xié)會的統(tǒng)計數(shù)字，截至目前國內(nèi)電梯的保有量約為250萬臺，國內(nèi)每年銷售的新梯正以50萬臺以上的速度遞增，中國已經(jīng)成為世界電梯超級大國。隨著中國電梯數(shù)量的不斷激增，一部普通的電梯每天約用電50~150度。按照每臺電梯用電量80度/天,保守數(shù)量全國電梯250萬臺計算，每天消耗電能約為20000萬度，每年的消耗的電能為720億度,全國每年電梯消耗的電能接近三峽水電站一年的發(fā)電量，可見電梯消耗電能巨大。電梯節(jié)能需求刻不容緩，節(jié)能電梯將是未來電梯發(fā)展的必然趨勢。
最近10年，無齒輪曳引機已經(jīng)逐步取代了有齒機，比傳統(tǒng)的有齒輪曳引機節(jié)能40%左右，在電梯節(jié)能上已經(jīng)邁開了一大步，但電梯的能耗依然很大，和空調(diào)并稱兩大"電老虎"，節(jié)能需求依然迫切。近年來市場上又出現(xiàn)了電梯能量回饋裝置，向電梯節(jié)能方向上又邁了一大步。
目前,國內(nèi)絕大多數(shù)變頻調(diào)速電梯均采用電阻消耗電容中儲存電能的方法來防止電容過壓。由于電梯運行過程中，通過電阻產(chǎn)生的熱量非常之高，電阻局部溫度通常都是在100℃以上，為了使機房溫度降低到常溫狀態(tài)，讓電梯免于因高溫而產(chǎn)生故障，用戶需要安裝大排風(fēng)量的空調(diào)或風(fēng)機；在電梯功率較大的機房，往往需要空調(diào)、風(fēng)機同時使用，或是多臺空調(diào)、多臺風(fēng)機同時啟動。在有些地方降溫設(shè)備的耗電量往往比電梯的用電量還要高，用戶明知能耗嚴(yán)重，卻毫無辦法。
1 電梯運行特性及現(xiàn)行節(jié)能方案
眾所周知，電梯是往復(fù)運動的，在電梯重載上行和輕載下行時，曳引機處于電動狀態(tài)，帶動轎廂運動；而當(dāng)電梯在重載下行和輕載上行時，曳引機是發(fā)電狀態(tài)，曳引機所發(fā)的電會是驅(qū)動器的直流電壓升高，為了保證驅(qū)動器的正常工作，必須將所發(fā)的電處理掉，傳統(tǒng)的做法是在驅(qū)動器上加制動單元和制動電阻，以熱損耗的方式將曳引機所發(fā)的電通過制動電阻消耗掉。
圖1 曳引機電動態(tài) 圖2 曳引機發(fā)電狀態(tài)
由于曳引機所發(fā)的電被制動電阻以熱能耗的方式消耗掉，沒有有效的利用起來，目前也有一些方案可將這部份能耗加以利用，主要有以下幾種：
（1）采用大電容儲能的方式，在電梯曳引機處于發(fā)電狀態(tài)時，通過電路給大電容來充電，而大電容的電能用來給驅(qū)動器的控制電路部分來提供電能；
采用大電容儲能的方式實現(xiàn)了對所發(fā)的電再利用的一種進步，但是驅(qū)動器的控制電路部分功率很小，所以所消耗的電能也很小，因此曳引機所發(fā)的電能無法全部儲存在大電容中，無法儲存的部分還是需要通過制動電阻以熱能的方式來消耗掉。
（2）采用蓄電池的儲能方式，其實這種方式和采用大電容的方式的原理相同。
?。?）更為簡單節(jié)能方式是通過在電梯空閑狀態(tài)下，將驅(qū)動器和照明的電源切斷實現(xiàn)節(jié)能，其實這這種節(jié)能方式并沒有電梯真正理解的能量消耗的方式。
以上的電梯節(jié)能方案都存在著無法真正實現(xiàn)節(jié)能的目的，或者只能將曳引機所發(fā)的電利用很少的一部分，而大部分還是通過制動電阻以熱能的形式消耗掉，沒有從根本上實現(xiàn)電梯的節(jié)能。
2 臺達AFE2000能量回饋單元
臺達憑借自身的研發(fā)實力，針對四象限運行的需要，開發(fā)設(shè)計了AFE2000能量回饋單元，AFE2000和變頻器結(jié)合應(yīng)用，可實現(xiàn)變頻器的四象限運行。
AFE2000應(yīng)用在電梯上面，從根本解決電梯的節(jié)能問題，在電梯處于電動狀態(tài)時，AFE2000為電梯驅(qū)動器供電，并改善功率因子，降低諧波，而在電梯曳引機處于發(fā)電狀態(tài)時，AFE2000可以將曳引機所發(fā)的電在逆變?yōu)楹碗娋W(wǎng)頻率相位幅值完全相同的交流電，再回饋到電網(wǎng)中去，供周邊其他設(shè)備使用，從而從根本上有效利用曳引機所發(fā)的電能。
圖3 系統(tǒng)圖及測試架構(gòu)
3 AFE200電路原理
AFE2000采用IGBT整流，通過SVPWM的控制方式，由高性能中央控制器MCU控制電動會回饋狀態(tài)，將電網(wǎng)交流電壓整流為直流電壓提供給電梯驅(qū)動裝置變頻器；當(dāng)電梯處于電動出力時AFE2000提供能量給變頻器；而當(dāng)電梯處于回饋發(fā)電狀態(tài)時，AFE2000將曳引機發(fā)的電轉(zhuǎn)換為何電網(wǎng)相位幅值相同的交流電回饋到電網(wǎng)中。
圖4 AFE2000原來框圖
4 AFE2000電梯應(yīng)用測試
在臺達電子吳江廠的2號主管樓6層電梯的一臺電梯上面安裝AFE2000,通過一年多測試實際運行測試，能量回饋效果達到預(yù)期。
圖5 系統(tǒng)圖及測試架構(gòu)
實際使用時，三相交流電梯通過電抗器連接至AFE2000，AFE2000和臺達電梯一體機IED通過DCbus連接，當(dāng)曳引機處于發(fā)電狀態(tài)時，IED將曳引機所發(fā)的電通過DCbus傳遞到AFE2000，而AFE2000將直流電逆變?yōu)槿嘟涣麟娀仞伒诫娋W(wǎng)中去。
圖6 未加裝AFE2000時 圖7 加裝AFE2000之后
通過對加裝AFE2000和未加裝AFE2000時進行實際運行測試，監(jiān)視能量回饋和功率因子改善效果。
平均功率因子比較（其中含有AFE未工作時PF值）：
加裝AFE2000前：功率因子=WK/VA=(345/395)×100%=87%
加裝AFE2000后：功率因子=WK/VA=(261/280)×100%=93%
5 總結(jié)
臺達AFE2000系主動式電源回生單元能夠?qū)⒃偕奋嚹?直接回饋至市電電網(wǎng)，毋需將其轉(zhuǎn)化為煞車電阻的熱能。換?話?，可現(xiàn)變頻器四象限運?，且進一步低能源的消耗。如果系統(tǒng)的煞車功?大且操作在頻繁的煞車過程，回生能?可經(jīng)AFE2000回饋市電改善用電質(zhì)量，將?能明顯達到?色節(jié)能效益，做到真正的「環(huán)保、節(jié)能、愛地球。
作者簡介：
邵世鋒，男，1980年出生，畢業(yè)于河南理工大學(xué)電子信息工程專業(yè)，現(xiàn)就職于臺達電子應(yīng)用技術(shù)中心項目工程師，曾從事變頻器硬件研發(fā)及應(yīng)用，現(xiàn)從事電能質(zhì)量產(chǎn)品的應(yīng)用解決方案及行業(yè)開發(fā)。
