浅析电梯控制系统中能量回馈的应用

赵汝生

摘要：随着当今社会的经济与高科技的飞速发展，高层建筑也随之越来越多，电梯的数量也相应增多，本位旨在对电梯的原理进行分析，并对其控制系统中能量回馈应用进行探讨。

关键词： 电梯电梯控制系统能量回馈应用

电梯控制系统（Elevator control system）主要是指电梯的拖动与控制系统，它经历了由简单到复杂的演变，目前的电梯拖动系统主要在单、双交流电动机拖动系统、交流电动机定子调压调速系统等一系列拖动系统中得到广泛应用。由于电梯的耗电量是建筑物各种耗电设备中消耗最多的设备之一，且远远高于照明以及供水等设施的耗电量，仅次于空调的用电量。由于全世界能源高度紧张，电梯的耗电量则越来越被人们所重视，因此，电能的节约是人类能源问题的重要解决方式之一，节能的电梯将成为电梯行业的主要发展趋势。

电梯的基本工作原理

其实电梯的主要构造原理是一个在上下两端分别固定的载重厢和配重的定滑轮组，引擎是一部电动机。电动机有规律性的按照不同方向旋转致使载重厢相应的上行下行，从而达到了运载乘客以及货物的目的，在电梯控制系统中，对电动机起驱动作用的装置是变频器。一般电梯的平衡系数在45%左右，当载重厢承担额定载重量的45%时，载重厢与电梯的配重装置重量则保持持平。电梯的运行课分如下几种情况。

1、当载重厢或者电梯配重重量较大的一边处于下降状态时，此时的发动机处于发电状态，是整个系统释放重力势能的过程。这就好比一辆满载货物的卡车下坡的过程，发动机根本不必过于吃力的运转，或者可以关闭发动机也能做到顺势而下。

2、当载重厢与电梯配重装置重量相对大的一边处于上升状态时，此时发动机处于电动工作状态，并需要大量电能的消耗，此时系统的势能不断增加，犹如一辆满载的卡车走上坡路的阶段，汽车的发动机必然要加大运转力度，使车身能够顺利通过上坡路。

3、当电梯即将达到目标楼层时，会出现减速制动，此时的电动机处于发电状态，原因在于此时的系统正在释放动能，犹如汽车疾驰之后的减速制动，由于疾驰之后形成惯性，发动机的紧张运转可以得到缓解。当电梯运行在1、3情况的时候，发动机处于发电状态，所产生的电能会通过发电机系统和变频设施直接转变成直流电能，会被暂时储存在变频器直流回路的电器中，随着电梯工作时间的逐渐增加，发电机通过上述情况所发出的电能会不断的流入直流回路电容中，使电容中的电能和电压会逐渐增加，如果不将电容中储存的电能及时释放，会使电压过高导致故障，从而使电梯无法正常工作。

二、电梯能量回馈原理

电梯能量回馈的本质在于将电梯在运行过程当中发电机处于发电状态时所产生的直流电能转变成交流电能，将电能再回送到交流电网中，达到节约电能并尽量避免污染电网。在电梯发动机产生的直流电到交流电的转变中，系统对相位，电压以及电流方面的控制条件有以下要求：1、在直流电与交流电的逆变过程中，一定要做到与电网相位的关系保持同步。2、进行能量回馈时应注意当直流母线电压超过设定数值后，再启动逆变装置进行能量回馈工作。3、逆变电流一定要满足回馈功率的有关要求，但不能大于逆变电路中所允许的电流最大限度。4、在逆变过程当中应注意尽量减少或避免对电网系统的污染。

传统电梯主要采用的是能耗制动方式，采用大功率的电阻以及热能方法将这些能量消耗殆尽，方法虽然看似简单方便。但是这种方法会造成能量的浪费，是整个系统的效率大大降低， 与此同时，电阻发热还会使其他部分受到不同程度的影响，从而阻碍了其他部分正常工作。而绿色节能电梯则会把这一部分的二次产生电能通过逆变处理后重新返回到电网系统，供电梯或者其他电器使用，以达到节约能源的根本目的。这便是标题中所提到的电梯能量回馈的主要原理。

二、双PWM控制技术

所谓双PWM控制技术是当前最普遍应用的能量回馈技术，这种技术有敏捷的动态响应，可控的网侧功率因数，并能实现电动机的四象限运行以及对电网无污染等诸多优点。

构成双PWM控制技术主要电路的设施有：电网侧PWM整流器，扼流电抗器以及储能电容器和电机侧PWM逆变器共四部分。其工作原理为：电动机处于电动状态时，电网侧PWM整流器处于整流的工作状态，电机侧PWM逆变器此时处于逆变的工作状态。电网侧的整流器运用PWM的控制方法使交流电网中的电流与电压达到同相位的标准，PWM控制电机侧逆变装置中的IGBT，使工作频率与输出电压成正比关系，电动机此时得到了恒定的转矩，在此同时，使输入到电动机里的电流成正弦波，从而减少高次谐波的电流消耗。当发动机出再发点工作状态时，所产生的电能会通过电机侧PWM逆变器，向中间的滤波电容进行充电工作，在中间滤波电容两侧的的直流电压大于极限值的同时，PWM会及时的控制电网侧整流器中的IGBT使之将能量回馈，从而使能量完成双向流动并消除对电网谐波影响。

三、能量回馈系统的设计

以能量回馈控制为基础，采用先进的西门子S7-300系列PLC对电提控制系统进行设计，该电梯主要结构有：操作及运行控制子系统，驱动子系统以及们控制子系统等，电梯控制系统中的各子系统一般通过高可靠性的串行通讯网紧密联系。

1、基本工作过程：首先，在接收到载重厢的呼叫信号之后，根据对载重厢所在楼层以及电梯内对外呼叫信号次序的检测，从而确定运转方向。其次，驱动发动机在系统对其进行驱动下开始运转，是电梯开始工作，电梯运行速度变化基本是由低速开始加速，达到中速，直至逐渐变为高速运转，并以高速运转到达目标层。再次，当检测到目的楼层后，载重轿厢开始减速运行，由高速降至中速，通过中速的继续减速达到低速运行，并以低速运作方式达到目标平层处停止。上文描述描述的电梯驱动子系统采用的就是PWM能量回馈技术，使电梯做到运行平稳，速度变化均匀，从而使乘客有舒适感，并达到节省能源的良好效果。最后，当电梯运行至平层点后，开门延迟时间大约为两秒，开门后等待十秒关闭，在关门过程中，若有人或者物体在门中通过，会触动电梯门的光电开关，师门重新打开。以上四个步骤是循环性的，重复运作可使电梯反复运行。

2、检验分析。为了检验电梯的电能节约效果，对相同电梯采取的能源回馈技术与传统的电阻能耗技术所达到的能源节省程度相比较，从而充分反映能源回馈技术对电能节省的重要作用。

对于采取能量回馈控制与传统的能耗制动技术两种情况进行分析对比得出结论，分别对两种方法在电梯载重轿厢负载不同百分比时进行计算，算出在单位时间内电梯耗电量，并计算出节能率。通过计算，在不同的负重情况下，采取能量回馈控制系统相对于传统的耗能制动技术有着更加良好的节能效果，最高节省率可达50% 。

结束语。在当今世界能源问题逐渐严重的背景下，节约电能势在必行，综上所述，PWM能源回馈控制技术对电梯能源节约方面有着重要意义，因此在诸多高层中，该技术应该得到广泛应用。

参考文献

[1]陈玉东.朱武标.能量回馈在电梯中的应用-必要性分析与现状概述[J].智能建筑，2009.（110）

[2]许霞.能量回馈在电梯控制系统中的应用[J].中国科技信息，2011.（11）.

[3]吴小兰.谢金红.浅谈能源再生型变频器在曳引式电梯上的应用[J].机电工程技术，2010.（39）.

[4]钱夏夷.原徐成. 能量回馈控制技术在电梯节能中的应用[J].中国电梯，2009，(20).

[5]孔伟荣.朱武标.姜建国.PWM 控制能量回馈电梯传动系统的设计[J].电气传动，2007（37）