1、電梯能量回饋裝置的應用實踐李維善一、我國電梯發展的簡要回顧統計數據顯示，1979年以前，我國的在用電梯不到1萬臺。八十年代以 來，隨著經濟建設的持續高速發展，國內電梯需求量越來越大，新增數量整體呈 快速上升趨勢，并持續至今。根據歷年的統計數據：1986年，我國大陸地區電梯年產量突破1萬臺；1997 年達到了近3萬臺；2002年首次突破6萬臺；2006達到16.8萬臺，成為全球之 首。2007年達到21.6萬臺，這個產量超過了全球當年電梯產量的40%。中國 電梯協會提供的信息顯示，截止到2007年底，中國大陸在用電梯總數達917 313 臺，成為世界電梯保有量最大的幾個國家之一。各省份電梯數量如

2、下:單位：臺北京78945重慶22949天津17771貴州5273河北15379云南 13203山東30089河南 18684內蒙5843江西9429山西9149湖南 22035上海94637湖北23351浙江86104陜西 16597福建31040新疆8092廣西13279甘肅6838廣東204057寧夏 2210海南7057青海 1845安徽13980西藏 766江蘇79566黑龍江 11964四川23400吉林 8734遼寧35047總計 917313根據有關方面提供的對酒店，寫字樓等的用電情況調查材料顯示，當出租 率或者入住率比較高的時候（超過85%），建筑物內電梯的用電量可以達到建筑

3、物 總用電量的15%25%僅次于建筑物內制冷、空調的用電量，高于樓內公共區 域照明，供水等的用電量。隨著電價的不斷上漲，電梯節能已經成為廣大電梯使 用單位十分關注的問題。近年，新建的樓宇中帶有電能回饋裝置的電梯已經逐漸 開始被建設單位選用。二、交流異步電動機的發電原理交流異步電動機也被稱為“感應式電動機”，在電動機處在電動狀態的時 候，轉子導體不斷地切割旋轉磁場的磁力線而產生電磁轉矩，使轉子發生轉動并 且輸出扭矩。但是當交流異步電動機的實際轉速高于同步轉速的時候，電動機轉 子切割磁力線的方向與電動狀態的方向相反，于是轉子的感應電動勢和轉子的電 流方向都和電動狀態時的方向相反，繼而導致轉矩與轉速

4、的方向相反，電動機處 在回饋制動的狀態下。此時電動機輸出的機械功率V0，從定子到轉子的的電磁 功率也V0。P = 3U1 11cos （p V0說明電動機不是從電網吸收有功功率，而是向電網輸送有功功率，換句話 說此時的一臺交流異步電動機已經變成了一臺交流異步發電機與電網并聯運行。 但是電動機仍然需要從電網吸收無功功率以便建立旋轉磁場的磁通勢。正因為如 此，這臺發電機不用考慮同步問題。三、泵升電壓當我們把一個重物從低處提到高處時，必須要付出能量，當把這個重物從 高處放回低處時，這個能量將會釋放出來，這是“能量守恒”原理。電梯也是同 樣的道理，當把電梯向上提時，我們要使用電能，當把電梯從高處放下時

5、，電梯 要放出能量，為了均勻拖動負載，電梯由曳引機拖動的負載是由載客轎廂和對重 平衡塊組成，只有當轎廂載重量加上轎箱額定負載的50% （1噸載客電梯乘客為 7人左右）時，兩者才相互平衡。此舉雖然改變了用能的峰值點，但不能改變平 均能耗。而在實際使用的過程中不太可能出現這么巧的事情，即轎箱重量加上乘 客的體重正好等于對重平衡塊的重量。所以電梯基本上都是處在一種非平衡狀態 下運行的。在電梯的實際運行中經常會出現以下兩種現象：1、乘客較多的時候轎箱下降。2、乘客比較少或者沒有乘客的時候轎箱上升。出現第1種情況的時候乘客的重力勢能做功，也就是釋放能量。出現第2種情況 的時候，對重平衡塊的重力勢能做功。

6、這兩種狀況下電動機就會處在發電的狀態。 原因是兩種重力勢能釋放的時候就會拉著電動機向前轉，從而使電動機的實際旋 轉速度高于電動機的額定同步轉速。但由于電梯用變頻器的交一直一交主電力 AC/DC整流電路是不可逆的，因此發出來的電無法回饋到電網上去，結果造成 主電路電容器二端電壓升高，這種現象稱為“泵升電壓”。另外采用變頻調速的電梯啟動運行達到最高運行速度后具有最大的機械功 能，電梯達到目標層前要逐步減速直到電梯停止運動為止。從高速到停止（速度 為零），這時電氣的頻率變化很快就完成了，但電動機的轉子帶著負載有較大的 機械慣性，不可能很快的停止，此刻電動機在這個過程中電動機也處于發電狀態， 同樣會產

7、生泵升電壓。四、泵升電壓的處理方式電梯運行中多余的這些能量通過電動機和變頻器轉換成直流電能儲存在變 頻器直流回路中的電容中，回送到電容中的電能越多，電容電壓就越高，如不及 時釋放電容器儲存的電能，就會出現過電壓。電梯控制系統的保護裝置會迫動作， 使變頻器停止工作，電梯就無法運行了。為了避免這種現象的發生，目前泄放變 頻器內大電容中電量的方法是采用制動單元和外加大功率電阻，將大電容中電量 消耗到外加大功率電阻上，實際上就是白白地變成熱能浪費掉了。這種通過內置 或外加制動電阻的方法將電能消耗在大功率電阻器中方式，被人們稱之為電梯的 “能耗制動方式”。目前國內的變頻電梯幾乎全都采用這種辦法。電梯運行

8、中， 這些電阻都會散發出很大的熱量（其表面溫度可達100攝氏度以上），浪費的這 部分能量占電梯用電總量的25-40%。同時電阻產生的熱量還惡化了電梯控制柜 周邊的環境，為了保證電梯控制系統中其他組件能夠正常工作，管理方基本上要 裝空調、風機來降低電梯間溫度，使得電梯系統的電能消耗進一步加大。在一些 條價較差的電梯機房內，空調的用電量幾乎和電梯的用電量大致相同。五、電梯電能回饋器的工作原理所謂回饋就是將上述多余的電能經過逆變變成與低壓電網（局域電網）相同 相位，相同頻率，相同電壓，相同相序交流電送回低壓電網。這與風力發電和太 陽能發電向低壓電網并網送電的過程非常相像。電能回饋器的主電路采用IGB

9、T功率模塊，控制電路中產生的控制脈沖列， 經性能可靠的驅動電路控制IGBT功率單元的開通、關斷。電流指令發生器產生 和回饋能量成正比的正弦波電流信號，使回饋電網的電流接近正弦波。主電路由 IGBT、智能模塊IPM、隔離二極管、濾波電感、電容，外圍信號采樣器等元件組 成。模塊是主電路中的核心元件，它將直流電能逆變為與交流電網同步的三相電 流回送電網。隔離二極管可防止能量回饋器反送電能給變頻器，確保系統安全運 行。電感和電容構成高次諧波濾波器，阻止模塊高頻開關產生的高次諧波電流進 入電網，提高電能回饋器的電磁兼容（EMC）性能。回饋器采用電壓自適應控制， 即無論電網電壓如何波動，只有當電梯機械能轉

10、換成電能送入直流回路電容中 時，電梯專用電能回饋器才及時將電容中的儲能回送電網，如果電容器中沒有儲 能，回饋器就不工作（不發電）。為保證能量回饋器能夠安全可靠地工作，產品 還采用了可編程邏輯器件，使回饋器具有極強的抗干擾能力。回饋器都有完備保 護功能，保證了回饋器的可靠運行。主要技術指標大致如下：采用PWM脈寬調制技術，輸出相位準確、有效抑制高次諧波。采用DSP中央處理器，速率高、精度高、穩定性能好、抗干擾能力 強。采用自診斷技術確保輸出電壓精確，防止電流回送，使變頻器不受影 響。電壓畸變小于5%，符合IEC61000-3-2及GB/T14549標準。應用電抗器和噪聲濾波器，可直接和0.4kV

11、電網駁接使用。能量轉換率達97%以上，節電率在25%45% （根據不同工況）。實現變頻調速系統四象限運行；制動能量得到回收，系統效率提高；在頻繁制動的工況下運行時節電 更明顯。六、電能回饋器簡介電梯能源反饋本身不是新技術，但仍屬于先進技術，只是我國引進得比較 晚。在國外從90年代起，我們常見的電梯品牌如：富士達，東芝，迅達，奧蒂 斯，三菱，日立，蒂森等等品牌的原裝電梯上就都可以帶能源反饋裝置。另外在 油田抽油機，礦井的提升機等等地方，這項技術也得到了較為廣泛的應用。國內超高層建筑物內或者梯速3米/秒以上的高檔電梯的基本都使用了這套 裝置，因為電阻放熱的方式對這樣的電梯已經不起作用了。但在一般建

12、筑物中， 由于在引進的時候這套裝置報價相當高，所以絕大部分開發商在初期建設的時為 了降低成本都沒有選用。如果你有興趣去電梯機房觀察一下電梯控制柜，在其變 頻器的出線端子排上幾乎都有標著“ + ”和“一”這樣兩個端子，這就是電能回 饋裝置的接線點。目前國產電梯出廠時都不配有電能回饋裝置。進入本世紀以后，這項技術被一些廠家引入國內，目前北京市場上常見的 有深圳0TT，深圳加能，秦皇島PROSPECT，西子奧的斯等幾個廠家的產品。他們 的產品從原理，構造和性能上基本相似，只是在輔助功能上有些差別而已。理論 壽命可達70000小時以上圖1：壁掛式多參多S多多多二1項圖2 ：落地式目前市場上的能源反饋裝

13、置的設計完全是按照無人管理的全智能模式設 計的（傻瓜型）。外觀上看就像一個配電箱，大多采用壁掛式，體積大約在300 X 300 X 500mm（各個廠家有所差異），采用落地式的相對少一些。原理圖如下：電控柜進戒輸入接觸器輸入整流橋 充電咽瑞 誠波璉解電容愉出逆變用1GBT電機控制輸窟分回饋裝宣整個安裝過程相當簡單，主要的工作內容是固定回饋器和接線。然后根據 實際情況對動作電壓和控制參考電壓進行一下設定，回饋器即可投入運行。回饋器有6根引出線：其中3根是相線，分別接在三相電源上，作用是向 低壓電網回饋電能。另外2根接在變頻器的直流端子上，（變頻器接線端子排 上的那2個直流端子因變頻器品牌的不同，

14、其名稱不完全一樣，在接線以前應仔 細閱讀變頻器說明書）其作用這是從直流母排上收集過剩的電能。剩下一根是接 地線（PE線）。為了用戶能夠確認回饋器的節電功能，各個廠家在安裝首臺回饋器的線路 上通常還要安裝三塊電表（見下圖），其中一塊（A）用來計量不含有回饋電量 的用電量，也就是沒有安裝回饋器時候電梯的用電量。第二塊（B）計量包含回饋 電量在內的電梯用電量。第三塊（C）專門用于計量回饋的電量，也就是節約的電 量。它們之間的關系是：B=A-C接線圖在電梯運行的期間，一旦電梯的電動機進入發電狀態，人們就可以清楚地 看見電表A在反轉，電表B微動，電表C在正轉。不過有一點一定要予以注意： 在這里安裝的電表

15、必須是機械式電表，因為電子式電表是不會反轉的。五、節能效益電梯能源回饋器的節能效益是相當高的。中國特種設備檢驗協會對某產 品進行過能好測試：工況為100%載荷（滿載）時往返10次的耗電量，用電能回饋技術前耗電 0.852Kw.h，應用電能回饋技術后耗電0.472Kw.h，節電率查過44%；工況為0%載荷（空載）時往返10次的耗電量，用電能回饋技術前耗電 0.748Kw.h，應用電能回饋技術后耗電0.486Kw.h，節電率超過35%。根據筆者這幾年的實際觀察和測試，節電量與電梯的工作狀況有很大的關 系。在樓層越高，日平均運行頻次越多，電梯的梯速越高，停站次數越頻繁的電 梯上面使用回饋器的節能效益

16、越好。在高層寫字樓內，每天叫梯次數超過1000 次的電梯，安裝回饋裝置以后節電率幾乎都能夠達到35%以上。此外使用該項技術以后，放熱電阻不再工作，電梯機房的室內溫度大幅度 下降，通常可以下降510攝氏度。機房空調機的開啟時間減少了 5075%（依電 梯機房的位置和結構而異），進一步降低了電梯系統的能耗。同時電梯機房的溫 度下降以后，對電梯機房設備的安全運行和延長使用壽命都很有好處。寫字樓，商場，醫院由于受到電梯客戶群的影響，其主要工作時間往往都 相對集中在8： 30到18： 00這段時間內，此間正值用電高峰期，電價都比較高， 北京地區商業電價在高峰期間（10： 00-15： 00）是1.228

17、3元/千瓦時，夏季7、 8、9月的尖峰期間（11： 00-13： 00）1.3377元/千瓦時，因此節電效益更加明 顯。一年節約的電費基本上就能夠達到初期投資的水平。例如：深圳某大廈電梯停站30層，梯速2.5m/s。實驗狀態：不用回饋器和用回饋器，各運 行2周（336小時）。不用回饋器用電量是817千瓦時。電阻溫度128攝氏度。使用回饋器用電量是491千瓦時。電阻溫度22攝氏度。節電率大約39%。一年節約的電費就超過了改造的投資。即使在叫梯次數很少的電梯上使用回饋器，節電率也相當可觀。筆者曾經組織過一次測試，在XX高檔公寓，2號樓7單元，樓高12層樓， 地下2層，電梯功率是11千瓦。一星期才叫

18、梯次數230多次，使用回饋器以后 節電率仍可以達到19.5%。只是在這種工況下，節電效益很低，投資回收期過長。六、對幾個問題的解答1、電能回饋裝置發出來的電到哪里去了？安裝了電能回饋裝置等于在建筑物低壓電網中并聯了一臺不是連續工作 的小發電機。當電梯處在發電狀態的時候，回饋的電能進入局域電網，與時電網 中其他正在運行中的用電設備（如水泵，冷水機組，風機，照明燈等等）將這一 部分電消耗掉了，于是這些設備減少了對總電源的電力需求，從而達到了節約用 電的目的。2、加裝電能回饋裝置是否會影響電梯的安全運行？電梯的電能回饋裝置是在直流母排上并入的。回饋裝飾都具備完整的保護功 能（如：過壓保護、欠壓保護、過流保護、過熱保護，采用自診斷技術確保輸 出電壓精確，防止電流回送等），而且這些保護的設置參數都大幅度低于電梯 控制柜和變頻器的保護參數的水平，一旦回饋裝置發生故障，其本身的各種保護 就會先于電梯控制回路中保護起作用，使回饋裝置停止工作。此時電梯仍可以正 常工作，只是沒有了電能回饋的功能而已，因此安裝電能回饋裝置對電梯的安全 性能沒有任何影響。另外該產品已