新时期的电梯节能降耗技术

2015-03-22河北博科工程咨询有限公司马洪伟

电气技术与经济 2015年2期

关键词：曳引机遗传算法电梯

河北博科工程咨询有限公司马洪伟

新时期的电梯节能降耗技术

河北博科工程咨询有限公司马洪伟

随着高层建筑的快速发展，电梯的使用量越来越大，而电力能源大多数是不可再生能源，电梯的能耗也有很大的节省空间，如何有效地降低电梯的能耗，是业界一直关注研究的问题，也是建设能源节约型社会应该重视的问题。

新时期电梯节能降耗

0　引言

能源节约，倡导生活的环保，是当今全球都在追求的目标，节约能源是我国的基本国策。随着我国城市化建设的发展，电梯的使用越来越多，电梯的电量在高楼层日常用电中占据很大的位置，电梯的节能减耗已经引起人们的重视。探究电梯节能的新技术，尽可能地减低电梯的耗能，对国民经济有重要现实利益。不仅符合我国基本国策，也是在当今能源日趋紧张的环境下，必须关注的问题。

1　直梯与扶梯的节能技术

1.1直梯的节能技术

改进直梯的机械传动和电力拖动系统，在满足牵引条件基础，并且安装工艺允许的情况下，改进电梯的机械传动。将电梯的减速器由传统的蜗轮蜗杆改为行星齿轮或采用无齿轮传动，机械效率可以得到有效的提高，将电力系统由交流双速系统级交流调压调速改为变频调压调速拖动系统，电能的损耗能得到有效的减少。

利用电能回馈其将制动电能回收利用，直梯是垂直运输交通工具，在上升和下降中的工作量大致相同，电梯的电动机一直是在拖动耗电和制动发电的状态中转换，当电梯在工作的过程中需要减速至停止的时候，电梯将这时候产生的机械能转化为电能重新储存起来。然而在机械能回收之前，这一部分的能量被消耗在能耗电阻上，或者被消耗在电动机的绕组中，前者需要在电机外接制动电阻，增加了成本。而后者会导致电动机的严总发热，缩短电动机的使用寿命，有时候还得需要使用空调来降温，又在另一方面增加了能耗。电力回收机制的使用，降低了电梯电力拖动系统消耗的电能，达到了节电的目的，并且因为不惜要额外的电阻和降温设施，降低了装配的成本，改善了电机的工作环境，目前这一技术已经得到了广泛的应用，取得了很好的成效。

采用新的照明系统。LED发光二极管比白炽灯日光灯的耗电要小很多，使用寿命也比常规的灯具要长，采用新型的LED发光二极管作为电梯桥厢的照明灯具，可以极大的降低电梯照明方面的能耗，同时LED灯具的可塑性强，可以设计出多种多样的造型，也可以实现多种的光学效果。

采用先进的电梯控制技术。电梯工艺已经有了很多用以节能的控制技术，比如桥厢无人时自动关灯的技术，驱动器休眠以及电梯的群控技术，只能控制电梯运行次数及开合数等，在保证节能的前提下，还极大的提高了运行效率。

1.2自动扶梯的节能技术

目前的自动扶梯，一般都是直接启动，时常处在运行的状态，没有配备相应的感应控制或变频调速装置。不管电梯上有没有乘客，都一直处于工作运动状态，这样不仅电量会有很多没必要的消耗，长时间的运转对于器械的寿命也有很大的影响，增加机械磨损的程度。自动扶梯在商场超市等地方应用广泛，它有很大的改造潜力。

自动控制技术。在楼梯的上下口加装广电传感器，或者在电梯的踏板上安装压力传感器，但装置检测到有人踏上电梯的时候，电梯才开始运作，当设置的出口的装置检测到乘客已经下电梯的时候，电梯进入休眠的状态，等待下一个乘客的到来。自动控制技术，在很大程度上解决电梯在无人的状态下空转耗能的现象。

智能化的运行方式。在电梯开始运行后，当处于空载或轻载时，控制系统降低电梯的牵引力，保障电梯的正常运行，又得到节能的目的。当电梯上的乘客多时加快电梯的运行速度，但又将电梯速度控制在安全的范围内，在电梯上乘客少时，可以通过减低速度来降低能耗。通过这样智能化的变频控制，可以减少电梯在空载和轻载时的电能消耗。

2　电梯节能的实现

2.1电梯群控技术

在电梯启动、加速、制动的整个过程中都会消耗大量的电能，电梯的群控技术可以对电梯技术进行智能的飞蓬，减少电梯的停靠次数，提供电梯的工作效率，从而达到节能的目的。电梯群控技术的实质是计算机平台对多部电梯的控制，在控制系统中写入程序，使其能够在快速的时间里对楼层各级对于电梯的需求信息就行分析，结合当下楼层各个电梯的位置，提出最有效的处理方法，实现对电梯系统的最佳控制。目前电梯常用的算法有很多，专家系统算法，模糊控制算法、遗传算法等

专家系统算法。是指针对复杂的工程技术问题的研究，根据累积的经验，以及还没有形成体系的专家知识对系统进行控制。在电梯中的应用，专家系统通过使用已经形成标准的程序包，设置原始型的电子数据表格，对交通运输量进行相应的模拟，通过将数据与仿真器的动态连接，显示电梯桥厢的运动，并有与之连接的专家系统进行计算，优化桥厢运动。

模糊控制算法。在编译系统之中，模糊控制技术是指建立隶属函数和控制规则，并且基于专家的知识建立，并将建立的规则作为之后控制行为的标准，利用这一套标准对电梯的运行方案最初相应的评价，选择出系统中的最优方案。首先采用模糊控制算法的是三菱公司。在一个楼层的呼叫按钮被按下之后，系统根据已经建立的标准，选出最佳的运行方案。模糊算法的用途很广泛，可以利用这种说法对关乎到电梯使用的每个数据进行分析，并运用到方案的选择中去。对处理电梯交通系统随机性，模糊控制技术在电梯控制系统中具有了高度的优越性。

遗传算法技术，遗传算法技术是一种全局的算法技术，方法简单、具有并行性等特点。遗传算法可以进行训练系统的神经网络，也可以用来处理与设计有关的调度问题。遗传算法被人们用来解决电梯调度问题。遗传算法在电梯群控中的应用，首先有一个基础的简单方案，可以通过建立一个电梯能够控制的人数的需求方案。由这一方案为基础，将方案进行选择性的演变，对每一方案做出具有实际性质的评价，通过对于方案的实验性实行，统计相关的数据得出最优的演变方案。遗传算法可以用候梯时间的适应性来记录并评价每个方案。接下来从众多方案中选择出相关的部分方案，对基因组进行评估，将可用的基因类型传输给下一代的方案。遗传算法是一个重复的过程，在几代方案之后才能确定方案的采用，其中对于方案的评价占用了很多的时间。

2.2共直流母线技术

共直流母线是指将交流变成直流，在变频器中是用铜排的母线形式安装。具有用电效率高，电机反馈能量可以被利用、瞬间停电不会跳脱停机、功率因子较高、电网谐波较低、可以急降速、允许频繁起动操作、最适合比例连动多台控制、可以驱动三相永磁同步电机等显著的特点。在电梯使用频率较高的楼层里，一般会有2台或者多台电梯同时运行，以保证运输的高效。所以可以采用共直流母线技术，采集电梯中的一台或者多台发电是所产生的能量，反馈到电梯共同使用的母线上，其他电梯可以通过母线使用这一部分的能量，达到极少电梯的能量消耗。电动机的电动状态和发电状态可以能量共享，是共直流母线技术的一大特点。共直流母线系统的之间直流环节可以产生巨大的巨大的能量储存，构成强大的直流电压，整个系统的稳定性和可靠性得到巨大的提升。

2.3变频器再生能量回馈技术

变频调速在电梯中的应用，可以极大的减少能量消耗，可以在电梯平稳运行的过程中产生巨大的机械位能，在电梯靠近目的地的时候，会将行进过程中产生的机械能一部分释放出来。对这一机械能加以利用，可以进一步的节能，对于这一能量的回收就是变频器再生能量回馈技术，这一技术可以搜集电梯运行过程中产生的机械能，将这一机械能进行可用的装换，然后将将其储存在个电梯之间的共直流母线回路的电容中，通过逆变技术将交流电反送回电网，为其他的设备提供电能，依此通过能量回收再利用，起到降低能耗的目的。在这一技术下，电梯的运行速度越快，载重越大，运动的距离越长，那么它所回馈的能量就越多，节能的效果就更加的显著。

2.4电梯的机械节能

电梯的曳引机分为有齿的曳引机和无齿的曳引机，有齿轮的曳引机在采用行星出轮式传动后，可以达到很高的传动效率，但是这一高效率的有齿轮曳引机对加工的精度要求较高，制作安装的成本也较高，所以没有得到广泛的应用。有齿轮传动可采用用永磁同步电动机，以对其进行降低能耗的改造。无齿轮曳引机，即永磁同步曳引机有着不可比拟的优势，永磁同步曳引机是基于电子技术和矢量技术产生的。其无需从电网吸取无功电流，功率因数相对比较高，且没有励磁损耗，发热少，效率高。永磁同步曳引机取代有齿曳引机已经成为必然的趋势。