浙江省特种设备科学研究院浙江杭州310012
摘要：随着经济的发展，能源需求量越来越高，能源紧缺成为制约各个领域发展的主要因素之一。根据建筑中运行的其它设备的能耗情况统计，电梯的能耗占整个建筑能耗的5%～15%，仅次于空调用电量，高于照明、供水等的用电量，电梯已成为高层建筑中的第二大耗能设备。使用适当的节能技术对电梯进行节能处理是电梯行业发展的必然趋势。本文在此基础上简要研究了电梯节能及自平层救援系统的相关内容，仅供参考。
关键词：电梯节能；自平层；救援系统
1引言
在电梯总量飞速增长的同时，电梯故障与困人事故也是频频发生。据质检局的统计，在某市仅2017年5月电梯平层救援处置中心接到报警电话就有5185通，其中平层救援处置921起，困人故障484起，设备故障436起，维保人员平均到场时间为14.43分钟。14.43分钟是在非常迅速的响应和比较顺利的情况下，实际上要保证这个到场时间是较为困难的。特别是在沿海地区交通拥堵，道路不畅非常容易延误救援的时间。基于上述问题本文提出了一种同时具备节能与自平层救援功能为一体的电梯综合装置。该装置能够降低能耗，保障乘客的安全，减轻维保人员的救援压力，具有很大的应用前景。
2电梯的结构
常见的曳引式乘客电梯的基本结构为：电梯一侧为轿厢一侧为对重，它们通过曳引钢丝绳连接。曳引钢丝绳被放置在井道最上方机房的曳引轮上。对重用来平衡轿厢的自重和乘客的重量，这样可以平衡两侧重量减少启动时的力矩。电梯井壁固定有导轨，与轿厢上的导靴相配合后，限制轿厢水平的抖动，仅在垂直方向上下运行。当轿厢移动时，对重会向反方向移动。曳引式的电梯是通过曳引轮与钢丝绳表面的摩擦力来拉动轿厢运行。曳引驱动方式具有安全可靠，提升高度基本不受限制，电梯速度容易控制等优点，其已成为电梯产品驱动方式的主流。曳引系统主要由曳引电动机、制动器、减速箱、曳引轮、导向轮等组成。驱动主机是电梯运行动力的来源，电机的转子是由导线组成的一个笼形的装置，它切割磁感线产生电流。而产生的电流又在转动的磁场中产生了转矩，这个转矩通过齿轮减速器带动曳引轮产生转动并移动轿厢。目前的曳引机用主要是三相异步电动机以及同步无齿轮永磁电动机。
3电梯节能及自平层救援系统结构设计
3.1功能介绍
图1中虚线框内的电路即是本课题在原电梯电气原理中增加的电梯节能及自平层救援系统图。升压逆变模块在市电网停止供电时，把存储的多余电量输到电梯电源的输入端代替市电网供电，并使电梯紧急救援运行到平层。设计采用AC380V并接入三相电的作用是可以不改变原来电梯控制柜的电气设计，保证其原设计的完整性便于后期对既有电梯的加装改造，同时又实现多余电能的再利用，保障乘客的安全。充电电路模块可以保证电梯储能装置一直存有平层救援的最低电量，在电梯储存电量过低时通过市电网对超级电容充电。而双向DC/DC模块极大的简化了装置结构，实现了单一模块完成充电存储和功率补偿的两个功能，有效减小了装置体积。
3.2电气原理图设计说明
电梯节能及自平层救援系统电气原理图1。在市电网有电的情况下继电器PW得电吸合。L1、L2、L3三相电通过常开开关PW给变频器供电。此时UPSC继电器保持失电，升压逆变模块和L1、L2、L3三相电保持断开。在市电网断电的情况下继电器PW失电断开。三相电输入端的常开触点PW断开，L1、L2、L3三相电与变频器断开连接。此时主板会收到DC24V的自动救援信号（ARD-CHECK）。确认收到救援信号后，主板控制升压逆变模块开始输出，UPSC继电器得电吸合；同时主板输出信号短接相序继电器。升压逆变装置前的UPSC常开触点闭合。此时超级电容的电能通过升压逆变输入变频器的输入端，变频器重新得电。此时主板给出信号，开始对相序继电器J进行短接，使相序继电器失效。在救援运行时，即使突然市电网恢复供电。由于三相电输入端常开触点PW保持断开的状态，因此防止电浪涌对升压逆变模块和变频器的冲击。电梯会保持救援运行直到完成后断电停梯。
4电梯节能及自平层救援系统的控制
对电梯节能及自平层救援系统的控制部分设计主要采用了MENKEN出厂的型号为ARD-2P110-4Y的控制系统。课题组采用现有的应急救援控制系统作为基础，进行简单的调整就可以整合于电梯节能及自平层救援系统使用，大大降低了工作的复杂性。所以本文对于控制程序方面不做介绍。本章仅对系统PWM如何控制救援速度的和救援的整体控制流程进行说明。
4.1PWM脉宽调制技术
PWM控制就是脉宽调制技术：即通过改变脉冲宽度来控制输出电压，通过改变周期来控制其输出频率。电梯的自动救援速度默认为0.010-0.630m/s，根据用户需要和实际的电梯配置可以进行调整。通过变频器PWM技术来改变电压的波动周期来控制其输出频率，就能完成对救援速度的控制。PWM控制的理论基础是面积等效原理，即冲量相等但形状不同的窄脉冲加在具有惯性的环节上时，其效果基本相同。可以使用一系列等幅不等宽的脉冲来代替一个正弦半波，其效果应该相同。用等幅不等宽脉冲列等效正弦波，称为SPWM控制技术，它最先应用于逆变电路，并取得了良好的效果。变频器的控制系统控制电路通过不断的开关得到模拟的正弦电压波形，进而控制电梯按设定的速度运行。电梯的应急救援速度主要由变频器控制。变频器是电梯不可缺少的调速装置，它控制电梯加速减速和启停。变频器主要由整流部分、储能部分和逆变部分构成。市网的三相交流电首先通过整流部分变为恒定不变的直流电。直流电通过储能的环节进入控制系统的逆变部分，此时直流电逆变成变频器控制后输出的三相交流电。变频器控制系统控制输出的交流电的频率来控制电梯的运行速度。这样就较为简单的控制了电梯整体运行速度。
4.2救援控制流程说明
在正常运行时通过ARD救援控制系统判读系统是否掉电。当系统掉电时，电梯失去动力立刻制动停止运行。ARD救援控制系统也立即识别系统发生掉电，给出电梯控制系统自动救援模式信号。此时超级电容将存储的电能逆变输出给电梯控制系统、变频器、曳引机。电梯控制系统先对电梯位置进行分析判断。若电梯停止位置在门区则不需要移动轿厢；若电梯位置在非门区位置，则电梯进行负载方向和运行方向的判断，随后启动声光报警并以设定的救援速度低速移动轿厢到门区位置。随后电梯进行开门，使轿厢的乘客可以自行脱困离开电梯轿厢。门在设定的时间后关闭。电梯完成应急救援，停止于当前楼层等待专业人员的复位。
5结束语
综上，本文的目的是通过对电梯节能与自平层救援电源的优化设计，以超级电容作为储能元件，大大降低电梯的能耗，最终研究完成低成本可实际推广并具有明显节能效果的“电梯节能及自平层救援系统”。
参考文献
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