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案例頻道 【摘要】順應國家節能減排的政策，臺達秉承環保、節能、愛地球的環保理念，憑借自身的研發實力，開發出主動式能量回生單元AFE2000，AFE2000采用先進的SVPWM的控制方法，不但能夠將驅動系統回生的能量回饋到電網，節約電能，而且還可以改善電網的功率因數及有效的降低電網的諧波。通過實際在電梯上的應用，得到了很好的驗證。
【關鍵字】AFE2000；能量回饋；電梯
根據中國電梯行業協會的統計數字，截至目前國內電梯的保有量約為250萬臺，國內每年銷售的新梯正以50萬臺以上的速度遞增，中國已經成為世界電梯超級大國。隨著中國電梯數量的不斷激增，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電量，可見電梯消耗電能巨大。電梯節能需求刻不容緩，節能電梯將是未來電梯發展的必然趨勢。
最近10年，無齒輪曳引機已經逐步取代了有齒機，比傳統的有齒輪曳引機節能40%左右，在電梯節能上已經邁開了一大步，但電梯的能耗依然很大，和空調并稱兩大“電老虎”，節能需求依然迫切。近年來市場上又出現了電梯能量回饋裝置，向電梯節能方向上又邁了一大步。
目前,國內絕大多數變頻調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，讓電梯免于因高溫而產生故障，用戶需要安裝大排風量的空調或風機；在電梯功率較大的機房，往往需要空調、風機同時使用，或是多臺空調、多臺風機同時啟動。在有些地方降溫設備的耗電量往往比電梯的用電量還要高，用戶明知能耗嚴重，卻毫無辦法。
1 電梯運行特性及現行節能方案
眾所周知，電梯是往復運動的，在電梯重載上行和輕載下行時，曳引機處于電動狀態，帶動轎廂運動；而當電梯在重載下行和輕載上行時，曳引機是發電狀態，曳引機所發的電會是驅動器的直流電壓升高，為了保證驅動器的正常工作，必須將所發的電處理掉，傳統的做法是在驅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的電通過制動電阻消耗掉。
圖1 曳引機電動態 圖2 曳引機發電狀態
由于曳引機所發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電狀態時，通過電路給大電容來充電，而大電容的電能用來給驅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了對所發的電再利用的一種進步，但是驅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。
（3）更為簡單節能方式是通過在電梯空閑狀態下，將驅動器和照明的電源切斷實現節能，其實這這種節能方式并沒有電梯真正理解的能量消耗的方式。
以上的電梯節能方案都存在著無法真正實現節能的目的，或者只能將曳引機所發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，沒有從根本上實現電梯的節能。
2 臺達AFE2000能量回饋單元
臺達憑借自身的研發實力，針對四象限運行的需要，開發設計了AFE2000能量回饋單元，AFE2000和變頻器結合應用，可實現變頻器的四象限運行。
AFE2000應用在電梯上面，從根本解決電梯的節能問題，在電梯處于電動狀態時，AFE2000為電梯驅動器供電，并改善功率因子，降低諧波，而在電梯曳引機處于發電狀態時，AFE2000可以將曳引機所發的電在逆變為和電網頻率相位幅值完全相同的交流電，再回饋到電網中去，供周邊其他設備使用，從而從根本上有效利用曳引機所發的電能。
圖3 系統圖及測試架構
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，將電網交流電壓整流為直流電壓提供給電梯驅動裝置變頻器；當電梯處于電動出力時AFE2000提供能量給變頻器；而當電梯處于回饋發電狀態時，AFE2000將曳引機發的電轉換為何電網相位幅值相同的交流電回饋到電網中。
圖4 AFE2000原來框圖
4 AFE2000電梯應用測試
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期。
圖5 系統圖及測試架構
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，當曳引機處于發電狀態時，IED將曳引機所發的電通過DCbus傳遞到AFE2000，而AFE2000將直流電逆變為三相交流電回饋到電網中去。
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
臺達AFE2000系列主動式電源回生單元能夠將再生煞車能量直接回饋至市電電網，毋需將其轉化為煞車電阻的熱能。換句話說，可現變頻器四象限運行，且進一步降低能源的消耗。如果系統的煞車功率大且操作在頻繁的煞車過程，回生能量可經AFE2000回饋市電改善用電質量，將更能明顯達到綠色節能效益，做到真正的「環保、節能、愛地球」
北京市公安局海淀分局備案號：11010802023656號