曳引式电梯的节能检测方法和装置研究

曳引式电梯的节能检测方法和装置研究

葛坤澎

江苏省特种设备安全监督检验研究院南通分院  江苏南通  226600

摘要：电梯日常使用频繁，制动次数较多，耗能较大，然而针对电梯的能耗并未出现统一的检验以及评价的方式。为了更简便、快速地开展电梯能源检测和评估，深入研究电梯运作特点，并剖析其能源特点，进而提出空载法，明确地指出电梯能源检测手段以及能效等级技术问题，该方案在测试过程中不要求负荷，仅要求对电梯空载全程操作两次，从而大大减少试验时限，也大大地提高安全系数。并在此基础上，设计电梯能效监测和评估装置。经过多项工程实践的运用结果显示，该方案运行简便、精度高、费时较短，结果与实际状况相吻合，具有很大的工程实践运用价值。

关键词：曳引式电梯；节能检测；方法和装置

1 曳引式电梯节能检测现状

电梯是和人类日常生活有着密切联系的工具。随着中国电梯数量的增加，大量的电梯能耗问题已经受到人们的重视。因此有关科学家已经对曳引式电梯能效测试、评估方式以及节电装置等开展了深入研究，力求通过利用科技的方式，有效降低电梯能耗，从而推动节能电梯的研制与发展，降低电梯对使用单位的资源耗费。在整个大楼的运行中，因经常的使用，导致了升降机的能源消耗大大提高。由于升降机是一种能源消耗较大的装置，所以，设计者必须重视提升其节能技术，并强化其对能源的管理。通过对电梯进行无负载检测，可以精确地检测出电梯的能量消耗。该技术无须顾及升降机的平稳性和安装技术，已有技术可以在常规的施工工艺下进行升降机的能量试验。

尽管当前的电梯节能测试，有关人士已花费大量的研究时间，可是却一直未能产生一本有效的、完备的文本作为参照准则。就在二零零九年，中国某地区首次实施对电梯节能测试结果和能耗效果的综合评估，而这个办法也可称为是顿·千米法。这样的计算方法，也就是按照电梯在工作中的周期，把电梯所向电网输送的能量和电梯本身工作量加以对比，来判断电梯的效率，在对电梯进行测量的时候，首先需要把电梯从空载到百分之二十五，再从百分之五十、百分之七十五、百分之一百的载物率加以对比分析，并且在每次进行测量的时候，由于还会受电梯平衡系数的影响，所以需要再进行多次测量，寻求平均数。这样的测试方法尽管数值比较精确，不过操作过程较为繁琐，并且在资金消耗上也较为多[1]。

2 曳引式电梯的节能检测与评估

2.1 电梯的能效检测结构

电梯主要构成包含主控制系统电脑CPU、电能、电压传感器以及人机的正确组合，为电梯正常运行提供电源的控制系统以及电能信息储存装置，则主要是用来检测升降机在规定的工作程序内，产生的总功率。对这样的计量工作，可以按照要求进行单一甚至多项计量，数据的管理，就是将计量的数据加以统计和记载，而能效分级则是通过统计和记载的成果，对电梯能效的水平加以分类[2]。

2.2电梯的能效检测原理

在电梯的正常工作中，关于电信号的接受工作，是靠电梯中的三个输出电流传感器进行接受，之后再利用传感器，将主电流的工作中产生的响应变化，用信号处理的方法将电信号加以调节，当电路中的输出电流进行调节后，对于调整之后，正确的电信号才会传递给主控制器，而相应的电压，是由线路中相应的三个电压钳，在电梯正常运行的总开关处进行收集，然后再通过电路加以相应的调节之后，然后同样传送给主控制器。电梯必须遵守检测前的设定，检查进行多次运行之后，管理人员就可以启动智能监测系统给电梯展开监测工作，然后将所监测到的能耗平均值、电梯单次运行功率、全程总功率以及次顶层能耗平均值进行等效评价，将结论以数值的形式表达[3]。

2.3 测试方法

（1）由测量人员切开供电电源，并把功率计接通在主供电电源上的所有接口。

（2）将电源接通，让电梯行驶至最底层，测试出曳引式电梯的空载时从顶层开始，运行至底层的整个过程所消耗的电量，需要保证测试过程避免外物以及人为的干扰因素，单独进行测试运行。如此往复运行三次，算出能耗的平均值，记录为W1，并且记录下运行总行程，记录为H1。

（3）对于电梯试验程序为保证其准确性、一致性，凡是运动程序不符合要求的电梯，要予以检查和维修，维修后的电梯耗能符合下列方程式:W=W1+（W1-W2）×（H0-H1）/（H1-H2）中H0为运动行程；H2为曳引式电梯继续行驶至顶层时的运动行程；W2则为在以上步骤中，电梯往返运行至顶层的平均能耗数值[4]。

2.4 效能等级的分配

根据以上方法对电梯进行试验，在对电梯的额定负载、最高转速均相等状况下，再对传动方法、厂家、生产地址、调速方法等不同的电梯进行试验。

3 曳引式电梯的节能装置探索

电梯在工作过程中，在轻载上行或是重负荷下行时，电梯曳引机的工作速度就会超过由电梯自动化变频转换器完成转换的工作速度，这样当电梯的马达在运行时，通过回馈发电，就会释放一定的机械能。而电梯对电能的传递，通过电路变频转换器，由变频器中的续流二极管对传递的电能经过波形整流之后，再将该传递的电能直接流入变频器的直流电路，这样就让整个直流回路的总电流进一步增大。而变频器前端在经过整流回路运行时，对整流回路的反响也是完全阻断的，这样一来回路内多余的电流就无法再经过电路实现分流，而能量也就会在变频器内部进一步积聚，从而产生“泵升电压”。由于“泵升电压”的持续增加，将会导致变频器在正常运行时发生失灵，进而终止运行，最后使得电梯系统无法实现正常的工作

[5]。

3.1 辅助供电系统

除利用节能技术以外，也可使用电梯的辅助控制系统，这种控制系统包含电梯灯光、通话、通风和警示控制系统等，它是电梯运行信息反馈的主要部分。这就要求在对普通电梯辅助系统的辅助设备进行阈值设计之后，设置的结果既必须满足对电力的应急工作要求，又必须符合普通电梯雇主控制系统的正常供电。当普通电梯发生故障或终止运行后，辅助设备就必须可以充分的发挥作用，从而做到可以取代普通电梯的独立电源，以便于降低供电成本。

3.2 电梯节能装置的设计方案

为了保障居民使用电梯的安全性以及绿色洁净电源项目的实施，在项目调研后的主要结论为依据，决定可以采用太阳能技术作为电梯运营的部分装置提供电源，以防止电梯系统在频繁的运用过程中，因为电源不足而导致停电、负荷不均衡等现象的出现，从而导致电梯系统故障，危害人身安全。而太阳能的部分系统在实际应用中，对于防止电梯的整体系统和节能设施在发生异常故障后，仍无法有效的采取适当的应急处理方法。节约能源装置是按照太阳能理论，在电梯的工作设备和供电系统上，都布置上太阳能设施，因为电梯在白天工作环境中，接触太阳能的次数会比较频繁，所以比较合理的节电方式便是利用太阳能技术代替电梯运转的部分电能系统[6]。

双向DC-DC变换器的运行基本原理为:当直流母接线压力上升至电梯节约设备运行的阀值压力时，电梯节约设备就将直流线路上的能量转化并贮存在超级电容器中。当超级电容器正在充电过程或满电时，直流母接线压力不断上升到某个值时，制动装置就开始运行，并将耗能电阻加入直流线路，通过电阻加热的能力降低直流母线电压。在电梯日常运行中，电能经过双向DC-DC变换器贮存在电容器中。在出现断电的状况下，为确保电梯的顺利运行，超级电容器采用双向DC-DC变换器为直流线路输送电能，而双向DC-DC变换器则是节能设备的主体组成部分，以实现对超级电容器的充电与放电操作。

3.3 节能装置的功能

电梯的节能系统利用双向DC-DC变压器进行电能的贮存与释放，其所在单位于断电的同时为电梯及附属装置进行电力供应，以确保反馈能源的正确使用，从而起到节电的效果，同时减少对供电系统的影响，以避免反馈能量对供电系统所造成的不良影响；在电梯停运后通过附属装置补充电力，以进行应急使用。此外，在电能足够的前提下，同一个电梯的节能系统中贮存的电能也可实现对相邻楼宇内电梯的联合利用。也因此，在电梯发生停电后，或发生人困梯的状况时，人们所使用的一般方式就是利用外部的UPS电源为电梯实施应急电源。而在配备节电设备的电梯中，由超级电容器所储存的电能采用双向DC-DC转换器直接向电梯电机提供，再使用紧急电力EPS进行切换，从而实现应急使用，即便是在电梯的突发断电情况下，节电设备依然可以提供充沛的电力直接给电梯供电，从而保障电梯的顺利运转，并减少意外的发生。

结束语：

由于电梯的普遍应用，电梯的能耗一直是人们所关心的课题，因此检测部门也应进行对曳引式电梯的节能监测与评估工作，以确保电梯安全和稳定地工作，同时，既提高电梯的安全，也做到降低费用的目的。研发人员还进行电梯再生能源的研究工作，并采用节电设备，有效提高再生能源的使用率，从而减少投入成本，也有效提高曳引式升降机的利用率。

参考文献：

[1]周璐璐，卢俊文，陈敏.曳引式电梯的能耗分析及节能方法探讨[J].中国电梯，2021，32（22）:40-42.

[2]单泉润.曳引式电梯的能耗建模及节能分析[J].中国设备工程，2021（09）:193-194.

[3]张杰，赵斌，郝云晓.基于变排量液压泵/马达的电液混合驱动曳引电梯节能系统研究[J].液压与气动，2020（09）:153-160.

[4]马海霞，李中兴，刘英杰，李刚.曳引式电梯节能检测方法及装置研究[J].科学技术与工程，2016，16（32）:247-250+262.

[5]朱建康，陈明琪，黄金兰，盛林.一种变频曳引式电梯节能系统控制方法的研究[J].起重运输机械，2015（02）:39-42.

[6]毕朝华，马萍.鬼引式电梯的节能改造技术应用分析[J].门窗，2013（06）:114.