【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(ài)地球的環(huán)保理念，憑借自身的研發(fā)實(shí)力，開(kāi)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(guò)實(shí)際在電梯上的應(yīng)用，得到了很好的驗(yàn)證。

【Abstract】Comply with the national policy of energy conservation and emissions reduction, Delta uphold the concept of environmental protection, energy-saving, loving the earth, relying on its own research and development strength, develop the active energy unit retrogradation AFE2000, AFE2000 advanced SVPWM control method, not only can drive system anabiosis energy back to power grid, saving power, but also can improve the power factor of power grid and effectively reduce the power grid harmonic. Through practical application in the elevator, it has been well validated.

【關(guān)鍵字】AFE2000；能量回饋；電梯

【Keywords】AFE2000; energy feedback; elevator

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(wàn)臺(tái)，國(guó)內(nèi)每年銷售的新梯正以50萬(wàn)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(wàn)臺(tái)計(jì)算，每天消耗電能約為20000萬(wàn)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(jiàn)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(lái)電梯發(fā)展的必然趨勢(shì)。

最近10年，無(wú)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(kāi)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(lái)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(lái)防止電容過(guò)壓。由于電梯運(yùn)行過(guò)程中，通過(guò)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(wú)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(guò)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(méi)有有效的利用起來(lái)，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(guò)電路給大電容來(lái)充電，而大電容的電能用來(lái)給驅(qū)動(dòng)器的控制電路部分來(lái)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(wú)法全部?jī)?chǔ)存在大電容中，無(wú)法儲(chǔ)存的部分還是需要通過(guò)制動(dòng)電阻以熱能的方式來(lái)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(guò)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(méi)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(wú)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(guò)制動(dòng)電阻以熱能的形式消耗掉，沒(méi)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(kāi)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(wèn)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(guò)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(lái)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(guò)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(guò)電抗器連接至AFE2000，AFE2000和臺(tái)達(dá)電梯一體機(jī)IED通過(guò)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(guò)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(guò)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(shuō)，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(guò)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(ài)地球。

作者簡(jiǎn)介：
邵世鋒，男，1980年出生，畢業(yè)于河南理工大學(xué)電子信息工程專業(yè)，現(xiàn)就職于臺(tái)達(dá)電子應(yīng)用技術(shù)中心項(xiàng)目工程師，曾從事變頻器硬件研發(fā)及應(yīng)用，現(xiàn)從事電能質(zhì)量產(chǎn)品的應(yīng)用解決方案及行業(yè)開(kāi)發(fā)。