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案例頻道 【摘要】順應(yīng)國(guó)家節(jié)能減排的政策，臺(tái)達(dá)秉承環(huán)保、節(jié)能、愛地球的環(huán)保理念，憑借自身的研發(fā)實(shí)力，開發(fā)出主動(dòng)式能量回生單元AFE2000，AFE2000采用先進(jìn)的SVPWM的控制方法，不但能夠?qū)Ⅱ?qū)動(dòng)系統(tǒng)回生的能量回饋到電網(wǎng)，節(jié)約電能，而且還可以改善電網(wǎng)的功率因數(shù)及有效的降低電網(wǎng)的諧波。通過實(shí)際在電梯上的應(yīng)用，得到了很好的驗(yàn)證。
【關(guān)鍵字】AFE2000；能量回饋；電梯
根據(jù)中國(guó)電梯行業(yè)協(xié)會(huì)的統(tǒng)計(jì)數(shù)字，截至目前國(guó)內(nèi)電梯的保有量約為250萬臺(tái)，國(guó)內(nèi)每年銷售的新梯正以50萬臺(tái)以上的速度遞增，中國(guó)已經(jīng)成為世界電梯超級(jí)大國(guó)。隨著中國(guó)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(tái)電梯用電量80度/天,保守?cái)?shù)量全國(guó)電梯250萬臺(tái)計(jì)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(guó)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(shì)。
最近10年，無齒輪曳引機(jī)已經(jīng)逐步取代了有齒機(jī)，比傳統(tǒng)的有齒輪曳引機(jī)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(chǎng)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(guó)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(chǔ)存電能的方法來防止電容過壓。由于電梯運(yùn)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(jī)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(jī)；在電梯功率較大的機(jī)房，往往需要空調(diào)、風(fēng)機(jī)同時(shí)使用，或是多臺(tái)空調(diào)、多臺(tái)風(fēng)機(jī)同時(shí)啟動(dòng)。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(yùn)行特性及現(xiàn)行節(jié)能方案
眾所周知，電梯是往復(fù)運(yùn)動(dòng)的，在電梯重載上行和輕載下行時(shí)，曳引機(jī)處于電動(dòng)狀態(tài)，帶動(dòng)轎廂運(yùn)動(dòng)；而當(dāng)電梯在重載下行和輕載上行時(shí)，曳引機(jī)是發(fā)電狀態(tài)，曳引機(jī)所發(fā)的電會(huì)是驅(qū)動(dòng)器的直流電壓升高，為了保證驅(qū)動(dòng)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(dòng)器上加制動(dòng)單元和制動(dòng)電阻，以熱損耗的方式將曳引機(jī)所發(fā)的電通過制動(dòng)電阻消耗掉。
圖1 曳引機(jī)電動(dòng)態(tài) 圖2 曳引機(jī)發(fā)電狀態(tài)
由于曳引機(jī)所發(fā)的電被制動(dòng)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(chǔ)能的方式，在電梯曳引機(jī)處于發(fā)電狀態(tài)時(shí)，通過電路給大電容來充電，而大電容的電能用來給驅(qū)動(dòng)器的控制電路部分來提供電能；
采用大電容儲(chǔ)能的方式實(shí)現(xiàn)了對(duì)所發(fā)的電再利用的一種進(jìn)步，但是驅(qū)動(dòng)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(jī)所發(fā)的電能無法全部?jī)?chǔ)存在大電容中，無法儲(chǔ)存的部分還是需要通過制動(dòng)電阻以熱能的方式來消耗掉。
（2）采用蓄電池的儲(chǔ)能方式，其實(shí)這種方式和采用大電容的方式的原理相同。
（3）更為簡(jiǎn)單節(jié)能方式是通過在電梯空閑狀態(tài)下，將驅(qū)動(dòng)器和照明的電源切斷實(shí)現(xiàn)節(jié)能，其實(shí)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(shí)現(xiàn)節(jié)能的目的，或者只能將曳引機(jī)所發(fā)的電利用很少的一部分，而大部分還是通過制動(dòng)電阻以熱能的形式消耗掉，沒有從根本上實(shí)現(xiàn)電梯的節(jié)能。
2 臺(tái)達(dá)AFE2000能量回饋單元
臺(tái)達(dá)憑借自身的研發(fā)實(shí)力，針對(duì)四象限運(yùn)行的需要，開發(fā)設(shè)計(jì)了AFE2000能量回饋單元，AFE2000和變頻器結(jié)合應(yīng)用，可實(shí)現(xiàn)變頻器的四象限運(yùn)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(dòng)狀態(tài)時(shí)，AFE2000為電梯驅(qū)動(dòng)器供電，并改善功率因子，降低諧波，而在電梯曳引機(jī)處于發(fā)電狀態(tài)時(shí)，AFE2000可以將曳引機(jī)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(jī)所發(fā)的電能。
圖3 系統(tǒng)圖及測(cè)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(dòng)會(huì)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(dòng)裝置變頻器；當(dāng)電梯處于電動(dòng)出力時(shí)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(shí)，AFE2000將曳引機(jī)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(cè)試
在臺(tái)達(dá)電子吳江廠的2號(hào)主管樓6層電梯的一臺(tái)電梯上面安裝AFE2000,通過一年多測(cè)試實(shí)際運(yùn)行測(cè)試，能量回饋效果達(dá)到預(yù)期。
圖5 系統(tǒng)圖及測(cè)試架構(gòu)
實(shí)際使用時(shí)，三相交流電梯通過電抗器連接至AFE2000，AFE2000和臺(tái)達(dá)電梯一體機(jī)IED通過DCbus連接，當(dāng)曳引機(jī)處于發(fā)電狀態(tài)時(shí)，IED將曳引機(jī)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(shí) 圖7 加裝AFE2000之后
通過對(duì)加裝AFE2000和未加裝AFE2000時(shí)進(jìn)行實(shí)際運(yùn)行測(cè)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(shí)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(tái)達(dá)AFE2000系列主動(dòng)式電源回生單元能夠?qū)⒃偕奋嚹芰恐苯踊仞佒潦须婋娋W(wǎng)，毋需將其轉(zhuǎn)化為煞車電阻的熱能。換句話說，可現(xiàn)變頻器四象限運(yùn)行，且進(jìn)一步降低能源的消耗。如果系統(tǒng)的煞車功率大且操作在頻繁的煞車過程，回生能量可經(jīng)AFE2000回饋市電改善用電質(zhì)量，將更能明顯達(dá)到綠色節(jié)能效益，做到真正的「環(huán)保、節(jié)能、愛地球」
北京市公安局海淀分局備案號(hào)：11010802023656號(hào)