电梯节能改造方案

               电梯节能改造方案

第一章 能耗诊断

§1.1 电梯的能耗状况

随着电梯使用量的日益增多，电梯的能耗也成倍增加。据北京市节能专家委员会对市内酒店、写字楼等公共场所的用电情况调查，电梯的用电量仅次于空调用电量，远高于照明、供水等系统的用电量。

电梯主要用能是由电网经整流器、母线电容、逆变器等传输到电动机的。电梯运行各工况能量流向如图1所示（见下页）。从理论上分析，电梯有一半的时间在发电，浪费的能量几乎占总能量的40%，这是一个不小的比例。

当电动机处于发电状态(即电梯非平衡上下运行或减速到站时)，能量将在母线电容上累积，产生泵升电压，如果不及时把这部分能量消耗掉，会产生过压故障，就会威胁电梯控制系统的安全。

当前，市场上使用的电梯（除进口高速电梯之外，约占总量的2%）处理这部分能量的方法是增加制动单元和制动电阻，将这部分电能消耗在电阻上变成热能浪费掉。

如果电梯制动频繁或经常处于非平衡状态上下行，不仅会造成能量严重浪费，而且会导致电阻发热，使环境温度升高。

由于电梯的特殊性，通过电阻产生的热量非常之高，电阻局部温度通常都是在100℃以上，为了使机房降低到常温状态，使电梯不因高温而产生故障；用户就需要安装大排风量的空调或风机；在电梯功率较大的机房，往往需要空调、风机同时使用，或是多台空调、多台风机同时启动。这样一来不仅电梯能量浪费严重，又增加了降温设备的耗电量。

§1.2 改造的原则和方向

改造的重点应该是保障安全、舒适，并尽量高效运行，减少耗电量。改造的原则是：

1、不改变使用的效果，即不影响电梯的正常运行；

2、电能不会浪费，能被再利用；

3、室温降低，夏天可以关掉空调，或至少温度不用太低；

4、改造后的系统要便于使用和维护。

图1  电梯运行能量流向

第二章 节能方案

§2.1 方案综述

    以往将再生电能直接消耗在发热电阻上，并不是一个很科学的方案。随着电力电子技术的发展，逆变技术已经能够合理地处理这部分能量了。通过一种合适的控制方法，把这部分能量反送回电网供其它设备使用目前来说是比较科学的方案。

§2.2 工作原理

采用变频调速的电梯是一个大惯量的位能式负载，电梯曳引机拖动的负载主要由轿箱和配重块组成，根据能量守恒定律，当电梯处于轻载上行和重载下行时，电梯产生的多于的机械能转化为电能，储存在电梯变频器的直流母线的电容中，回送到电容中的电能越多，直流母线电压就越高，通过自动检测变频器的直流母线电压，把变频器直流环节的电能，采用正弦波电流跟踪技术，变换成一个和电网电源同频同相位的交流正弦波，把电能反馈回电网，再生利用，从而达到能量回馈的目的，并且实现单位功率因数回馈，有效节省电能。

图2  节能原理

具体原理如下：

通过直流母线电压智能检测电路实时监测电压，做出是否回馈的反应；一旦高于预设值一定幅度后，将设备连接到三相电网（通过接触器控制实现），否则设备不会连接到电网；由电网相位检测部分获取电网的相位；由单片机构成的数字处理单元，按照获取的各相电网相位和实时直流母线电压值，产生脉宽调制波形，推动逆变桥，实现智能逆变；经过平滑滤波以后，再生的纯净电力被送到电网。

§2.3 节能方案

采用KYF电梯电能回馈装置将电梯运行过程中发出的电能进行回收利用。发出的电能通过 KYF电梯电能回馈装置源源不断的送回电网，可供照明、空调等之用。制动电阻也不再发热，空调也可以关掉，再也没有电能被浪费。

KYF电梯电能回馈装置的内部母线，通过DC+和DC-两个端子驳接到电梯变频器的直流母线上，在回路中，还串接了快熔保险和防止反向流动的二极管，确保安全。整个装置对外的接线只有5条，其中2条用于从电梯变频器取得直流电，另3条接供电电网。整个装置与电梯的控制线路完全没有关联，不会构成任何影响，框图如下所示。

§2.4 方案特点

本方案已广泛应用于东芝，三菱，日立，富士、永大，奥的斯，通力等电梯上，具有良好的节电效果使用，获得了一致好评。该产品具有如下优点：

1、与电梯的安全回路、控制回路等没有任何关联，不产生任何影响。

2、具有国家电梯质量监督检验中心权威报告。

3、电能回馈效率高，回馈效率高达97%以上；

4、节能效果明显，可使电梯节电25％～45％；

5、可降低电梯机房温度，减少空调的使用，大大节约电能；

6、对电网无污染，输出电流畸变率<5%, 不会对电网造成影响，也不会干扰其它设备；全自动识别电网相序与电压。

第三章 节能效益

§3.1节能测试

受科仪公司的委托，国家电梯质量监督检验中心于2010年03月20日对安装在时间国际的奥蒂斯进行了节能分析及安装KYF电梯电能回馈装置是否会影响周围电器的运行的检测试验。实验报告如下：

从附录一和附录二的图2 中可以看出：

安装回馈装置后电梯的实际耗电率为：（1.249-0.473）/1.249= 62.13% 

节电率为：0.473/1.249= 37.87% 

§3.1.2安装电表检测

使用电表进行测试示意图如下所示。

  图4 节电率电表测试法

还是以时间国际为例：

样梯参数
型号	OTIS 300VF ELEVATOR	额定速度	2.5m/s
额定载重	1050kg	曳引机功率	27kW
曳引机结构型式	交流三相永磁同步无此轮电机	悬挂比
出厂日期	2005.01.29	楼层	32层29站

 

电梯电能回馈装置参数
型号	KYF-30A-S1	变频器定输入电压	380V±20%
变频器定输入频率	50/60Hz±10%	适用电机最大功率	30kW
回馈阈值电压	DC500V～770V（可调），±15V	额定逆变并网电流	30A
制动方式	智能侦测、自动控制方式	制动响应时间	<2ms
输出方式	电网相位同步正弦波电流	设计工作制	1/4工作制
保护	过热保护，电流限制，防反流保护，短路熔断保护	环境温度	－10℃～40℃
振动	1g(10～20Hz时),0.2g(20～50Hz时)	防护等级	IP00

   经检测，每部电梯的日耗电量在100度左右， 装上KYF电梯电能回馈装置后，平均节电率在30%，机房空调为3P，时间国际的三相动力电电费价格按为每度1.0元。

则一部电梯一年可节省电费：（100×（365-104）×30%）×1.0元/度= 7830元

说明，因时间国际书办公楼，上述计算中扣除节假日。

空调节电电费为：（100×（365-104）×30%）×1/3×1.0元/度=2610元

则一部电梯安装KYF电能回馈后 的年节约电费为：

电梯本身节约电费+空调节约电费=7830+2610=10440元

无法估算的其他费用：因电梯机房控制柜温度降低，系统稳定性提高，机柜内零部件寿命延长，电梯及空调的维修费用大大降低。