一、????我國(guó)電梯發(fā)展的簡(jiǎn)要回顧
統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，1979年以前，我國(guó)的在用電梯不到１萬(wàn)臺(tái)。八十年代以來(lái)，隨著經(jīng)濟(jì)建設(shè)的持續(xù)高速發(fā)展，國(guó)內(nèi)電梯需求量越來(lái)越大，新增數(shù)量整體呈快速上升趨勢(shì)，并持續(xù)至今。
根據(jù)歷年的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)：1986年，我國(guó)大陸地區(qū)電梯年產(chǎn)量突破1萬(wàn)臺(tái)；1997年達(dá)到了近3萬(wàn)臺(tái)；2002年首次突破6萬(wàn)臺(tái)；2006達(dá)到16.8萬(wàn)臺(tái)，成為全球之首。2007年達(dá)到21.6萬(wàn)臺(tái)，這個(gè)產(chǎn)量超過(guò)了全球當(dāng)年電梯產(chǎn)量的40%。中國(guó)電梯協(xié)會(huì)提供的信息顯示，截止到2013年底，中國(guó)大陸在用電梯總數(shù)達(dá)300萬(wàn)臺(tái)。
根據(jù)有關(guān)方面提供的對(duì)酒店，寫(xiě)字樓等的用電情況調(diào)查材料顯示，當(dāng)出租率或者入住率比較高的時(shí)候(超過(guò)85%)，建筑物內(nèi)電梯的用電量可以達(dá)到建筑物總用電量的15%—25%僅次于建筑物內(nèi)制冷、空調(diào)的用電量，高于樓內(nèi)公共區(qū)域照明，供水等的用電量。隨著電價(jià)的不斷上漲，電梯節(jié)能已經(jīng)成為廣大電梯使用單位十分關(guān)注的問(wèn)題。近年，新建的樓宇中帶有電能回饋裝置的電梯已經(jīng)逐漸開(kāi)始被建設(shè)單位選用。
二、????交流異步電動(dòng)機(jī)的發(fā)電原理
交流異步電動(dòng)機(jī)也被稱為“感應(yīng)式電動(dòng)機(jī)”，在電動(dòng)機(jī)處在電動(dòng)狀態(tài)的時(shí)候，轉(zhuǎn)子導(dǎo)體不斷地切割旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的磁力線而產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，使轉(zhuǎn)子發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)并且輸出扭矩。但是當(dāng)交流異步電動(dòng)機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速高于同步轉(zhuǎn)速的時(shí)候，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子切割磁力線的方向與電動(dòng)狀態(tài)的方向相反，于是轉(zhuǎn)子的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和轉(zhuǎn)子的電流方向都和電動(dòng)狀態(tài)時(shí)的方向相反，繼而導(dǎo)致轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速的方向相反，電動(dòng)機(jī)處在回饋制動(dòng)的狀態(tài)下。此時(shí)電動(dòng)機(jī)輸出的機(jī)械功率＜0，從定子到轉(zhuǎn)子的的電磁功率也＜0。
P?＝?3U1Ｉ1cosφ＜0
說(shuō)明電動(dòng)機(jī)不是從電網(wǎng)吸收有功功率，而是向電網(wǎng)輸送有功功率，換句話說(shuō)此時(shí)的一臺(tái)交流異步電動(dòng)機(jī)已經(jīng)變成了一臺(tái)交流異步發(fā)電機(jī)與電網(wǎng)并聯(lián)運(yùn)行。但是電動(dòng)機(jī)仍然需要從電網(wǎng)吸收無(wú)功功率以便建立旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的磁通勢(shì)。正因?yàn)槿绱?，這臺(tái)發(fā)電機(jī)不用考慮同步問(wèn)題。
三、????泵升電壓
當(dāng)我們把一個(gè)重物從低處提到高處時(shí)，必須要付出能量，當(dāng)把這個(gè)重物從高處放回低處時(shí)，這個(gè)能量將會(huì)釋放出來(lái)，這是“能量守恒”原理。電梯也是同樣的道理，當(dāng)把電梯向上提時(shí)，我們要使用電能，當(dāng)把電梯從高處放下時(shí)，電梯要放出能量，為了均勻拖動(dòng)負(fù)載，電梯由曳引機(jī)拖動(dòng)的負(fù)載是由載客轎廂和對(duì)重平衡塊組成，只有當(dāng)轎廂載重量加上轎箱額定負(fù)載的50%（1噸載客電梯乘客為7人左右）時(shí)，兩者才相互平衡。此舉雖然改變了用能的峰值點(diǎn)，但不能改變平均能耗。而在實(shí)際使用的過(guò)程中不太可能出現(xiàn)這么巧的事情，即轎箱重量加上乘客的體重正好等于對(duì)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(tài)下運(yùn)行的。在電梯的實(shí)際運(yùn)行中經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)以下兩種現(xiàn)象：
1、 乘客較多的時(shí)候轎箱下降。
2、 乘客比較少或者沒(méi)有乘客的時(shí)候轎箱上升。
出現(xiàn)第1種情況的時(shí)候乘客的重力勢(shì)能做功，也就是釋放能量。出現(xiàn)第2種情況的時(shí)候，對(duì)重平衡塊的重力勢(shì)能做功。這兩種狀況下電動(dòng)機(jī)就會(huì)處在發(fā)電的狀態(tài)。原因是兩種重力勢(shì)能釋放的時(shí)候就會(huì)拉著電動(dòng)機(jī)向前轉(zhuǎn)，從而使電動(dòng)機(jī)的實(shí)際旋轉(zhuǎn)速度高于電動(dòng)機(jī)的額定同步轉(zhuǎn)速。但由于電梯用變頻器的交－直－交主電力AC/DC整流電路是不可逆的，因此發(fā)出來(lái)的電無(wú)法回饋到電網(wǎng)上去，結(jié)果造成主電路電容器二端電壓升高，這種現(xiàn)象稱為“泵升電壓”。
另外采用變頻調(diào)速的電梯啟動(dòng)運(yùn)行達(dá)到最高運(yùn)行速度后具有最大的機(jī)械功能，電梯達(dá)到目標(biāo)層前要逐步減速直到電梯停止運(yùn)動(dòng)為止。從高速到停止（速度為零），這時(shí)電氣的頻率變化很快就完成了，但電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子帶著負(fù)載有較大的機(jī)械慣性，不可能很快的停止，此刻電動(dòng)機(jī)在這個(gè)過(guò)程中電動(dòng)機(jī)也處于發(fā)電狀態(tài)，同樣會(huì)產(chǎn)生泵升電壓。
四、????泵升電壓的處理方式
電梯運(yùn)行中多余的這些能量通過(guò)電動(dòng)機(jī)和變頻器轉(zhuǎn)換成直流電能儲(chǔ)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(shí)釋放電容器儲(chǔ)存的電能，就會(huì)出現(xiàn)過(guò)電壓。電梯控制系統(tǒng)的保護(hù)裝置會(huì)迫動(dòng)作，使變頻器停止工作，電梯就無(wú)法運(yùn)行了。為了避免這種現(xiàn)象的發(fā)生，目前泄放變頻器內(nèi)大電容中電量的方法是采用制動(dòng)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(shí)際上就是白白地變成熱能浪費(fèi)掉了。這種通過(guò)內(nèi)置或外加制動(dòng)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(dòng)方式”。目前國(guó)內(nèi)的變頻電梯幾乎全都采用這種辦法。電梯運(yùn)行中，這些電阻都會(huì)散發(fā)出很大的熱量（其表面溫度可達(dá)100攝氏度以上），浪費(fèi)的這部分能量占電梯用電總量的?25-40%?。同時(shí)電阻產(chǎn)生的熱量還惡化了電梯控制柜周邊的環(huán)境，為了保證電梯控制系統(tǒng)中其他組件能夠正常工作，管理方基本上要裝空調(diào)、風(fēng)機(jī)來(lái)降低電梯間溫度，使得電梯系統(tǒng)的電能消耗進(jìn)一步加大。在一些條價(jià)較差的電梯機(jī)房?jī)?nèi)，空調(diào)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(jīng)過(guò)逆變變成與低壓電網(wǎng)（局域電網(wǎng)）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(wǎng)。這與風(fēng)力發(fā)電和太陽(yáng)能發(fā)電向低壓電網(wǎng)并網(wǎng)送電的過(guò)程非常相像。
電能回饋器的主電路采用?IGBT?功率模塊，控制電路中產(chǎn)生的控制脈沖列，經(jīng)性能可靠的驅(qū)動(dòng)電路控制IGBT?功率單元的開(kāi)通、關(guān)斷。電流指令發(fā)生器產(chǎn)生和回饋能量成正比的正弦波電流信號(hào)，使回饋電網(wǎng)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(hào)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?yōu)榕c交流電網(wǎng)同步的三相電流回送電網(wǎng)。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(tǒng)安全運(yùn)行。電感和電容構(gòu)成高次諧波濾波器，阻止模塊高頻開(kāi)關(guān)產(chǎn)生的高次諧波電流進(jìn)入電網(wǎng)，提高電能回饋器的電磁兼容（EMC）性能?；仞伷鞑捎秒妷鹤赃m應(yīng)控制，即無(wú)論電網(wǎng)電壓如何波動(dòng)，只有當(dāng)電梯機(jī)械能轉(zhuǎn)換成電能送入直流回路電容中時(shí)，電梯專用電能回饋器才及時(shí)將電容中的儲(chǔ)能回送電網(wǎng)，如果電容器中沒(méi)有儲(chǔ)能，回饋器就不工作（不發(fā)電）。為保證能量回饋器能夠安全可靠地工作，產(chǎn)品還采用了可編程邏輯器件，使回饋器具有極強(qiáng)的抗干擾能力?；仞伷鞫加型陚浔Ｗo(hù)功能，保證了回饋器的可靠運(yùn)行。
主要技術(shù)指標(biāo)大致如下：
1.?采用PWM脈寬調(diào)制技術(shù)，輸出相位準(zhǔn)確、有效抑制高次諧波。
2.?采用DSP中央處理器，速率高、精度高、穩(wěn)定性能好、抗干擾能力強(qiáng)。
3.?采用自診斷技術(shù)確保輸出電壓精確，防止電流回送，使變頻器不受影響。
4.?電壓畸變小于5%，符合IEC61000-3-2及GB/T14549標(biāo)準(zhǔn)。
5.?應(yīng)用電抗器和噪聲濾波器，可直接和0.4kV電網(wǎng)駁接使用。
6.?能量轉(zhuǎn)換率達(dá)97%以上，節(jié)電率在25%～45%（根據(jù)不同工況）。
7.?實(shí)現(xiàn)變頻調(diào)速系統(tǒng)四象限運(yùn)行；
8.?制動(dòng)能量得到回收，系統(tǒng)效率提高；在頻繁制動(dòng)的工況下運(yùn)行時(shí)節(jié)電更明顯。
六、電能回饋器簡(jiǎn)介
電梯能源反饋本身不是新技術(shù)，但仍屬于先進(jìn)技術(shù)，只是我國(guó)引進(jìn)得比較晚。在國(guó)外從90年代起，我們常見(jiàn)的電梯品牌如：富士達(dá)，東芝，迅達(dá)，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(jī)，礦井的提升機(jī)等等地方，這項(xiàng)技術(shù)也得到了較為廣泛的應(yīng)用。
國(guó)內(nèi)超高層建筑物內(nèi)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?yàn)殡娮璺艧岬姆绞綄?duì)這樣的電梯已經(jīng)不起作用了。但在一般建筑物中，由于在引進(jìn)的時(shí)候這套裝置報(bào)價(jià)相當(dāng)高，所以絕大部分開(kāi)發(fā)商在初期建設(shè)的時(shí)為了降低成本都沒(méi)有選用。如果你有興趣去電梯機(jī)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(biāo)著“+”和“—”這樣兩個(gè)端子，這就是電能回饋裝置的接線點(diǎn)。目前國(guó)產(chǎn)電梯出廠時(shí)都不配有電能回饋裝置。
進(jìn)入本世紀(jì)以后，這項(xiàng)技術(shù)被一些廠家引入國(guó)內(nèi)，目前北京市場(chǎng)上常見(jiàn)的有深圳0TT，深圳加能，秦皇島PROSPECT，西子奧的斯等幾個(gè)廠家的產(chǎn)品。他們的產(chǎn)品從原理，構(gòu)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(dá)70000小時(shí)以上
圖1：壁掛式
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圖2?：落地式
目前市場(chǎng)上的能源反饋裝置的設(shè)計(jì)完全是按照無(wú)人管理的全智能模式設(shè)計(jì)的（傻瓜型）。外觀上看就像一個(gè)配電箱，大多采用壁掛式，體積大約在300×300×500mm(各個(gè)廠家有所差異)，采用落地式的相對(duì)少一些。
原理圖如下：
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整個(gè)安裝過(guò)程相當(dāng)簡(jiǎn)單，主要的工作內(nèi)容是固定回饋器和接線。然后根據(jù)實(shí)際情況對(duì)動(dòng)作電壓和控制參考電壓進(jìn)行一下設(shè)定，回饋器即可投入運(yùn)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(wǎng)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(gè)直流端子因變頻器品牌的不同，其名稱不完全一樣，在接線以前應(yīng)仔細(xì)閱讀變頻器說(shuō)明書(shū)）其作用這是從直流母排上收集過(guò)剩的電能。剩下一根是接地線（PE線）。
為了用戶能夠確認(rèn)回饋器的節(jié)電功能，各個(gè)廠家在安裝首臺(tái)回饋器的線路上通常還要安裝三塊電表（見(jiàn)下圖），其中一塊（A）用來(lái)計(jì)量不含有回饋電量的用電量，也就是沒(méi)有安裝回饋器時(shí)候電梯的用電量。第二塊(B)計(jì)量包含回饋電量在內(nèi)的電梯用電量。第三塊（C）專門(mén)用于計(jì)量回饋的電量,也就是節(jié)約的電量。
它們之間的關(guān)系是：B=A-C
接線圖
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在電梯運(yùn)行的期間，一旦電梯的電動(dòng)機(jī)進(jìn)入發(fā)電狀態(tài)，人們就可以清楚地看見(jiàn)電表A在反轉(zhuǎn)，電表B微動(dòng)，電表C在正轉(zhuǎn)。不過(guò)有一點(diǎn)一定要予以注意：在這里安裝的電表必須是機(jī)械式電表，因?yàn)殡娮邮诫姳硎遣粫?huì)反轉(zhuǎn)的。
六、????節(jié)能效益
電梯能源回饋器的節(jié)能效益是相當(dāng)高的。中國(guó)特種設(shè)備檢驗(yàn)協(xié)會(huì)對(duì)某產(chǎn)品進(jìn)行過(guò)能好測(cè)試：
工況為100%載荷（滿載）時(shí)往返10次的耗電量，用電能回饋技術(shù)前耗電0.852Kw.h，應(yīng)用電能回饋技術(shù)后耗電0.472Kw.h，節(jié)電率查過(guò)44%；
工況為0%載荷（空載）時(shí)往返10次的耗電量，用電能回饋技術(shù)前耗電0.748Kw.h，應(yīng)用電能回饋技術(shù)后耗電0.486Kw.h，節(jié)電率超過(guò)35%。
根據(jù)筆者這幾年的實(shí)際觀察和測(cè)試，節(jié)電量與電梯的工作狀況有很大的關(guān)系。在樓層越高，日平均運(yùn)行頻次越多，電梯的梯速越高，停站次數(shù)越頻繁的電梯上面使用回饋器的節(jié)能效益越好。在高層寫(xiě)字樓內(nèi)，每天叫梯次數(shù)超過(guò)1000次的電梯，安裝回饋裝置以后節(jié)電率幾乎都能夠達(dá)到35%以上。
此外使用該項(xiàng)技術(shù)以后，放熱電阻不再工作，電梯機(jī)房的室內(nèi)溫度大幅度下降，通?？梢韵陆?~10攝氏度。機(jī)房空調(diào)機(jī)的開(kāi)啟時(shí)間減少了50~75%（依電梯機(jī)房的位置和結(jié)構(gòu)而異），進(jìn)一步降低了電梯系統(tǒng)的能耗。同時(shí)電梯機(jī)房的溫度下降以后，對(duì)電梯機(jī)房設(shè)備的安全運(yùn)行和延長(zhǎng)使用壽命都很有好處。
寫(xiě)字樓，商場(chǎng)，醫(yī)院由于受到電梯客戶群的影響，其主要工作時(shí)間往往都相對(duì)集中在8：30到18：00這段時(shí)間內(nèi)，此間正值用電高峰期，電價(jià)都比較高，北京地區(qū)商業(yè)電價(jià)在高峰期間（10：00-15：00）是1.2283元/千瓦時(shí)，夏季7、8、9月的尖峰期間（11：00-13：00）1.3377元/千瓦時(shí)，因此節(jié)電效益更加明顯。一年節(jié)約的電費(fèi)基本上就能夠達(dá)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(shí)驗(yàn)狀態(tài)：不用回饋器和用回饋器，各運(yùn)行2周（336小時(shí)）。不用回饋器用電量是817千瓦時(shí)。電阻溫度128攝氏度。使用回饋器用電量是491千瓦時(shí)。電阻溫度?22攝氏度。節(jié)電率大約39%。一年節(jié)約的電費(fèi)就超過(guò)了改造的投資。即使在叫梯次數(shù)很少的電梯上使用回饋器，節(jié)電率也相當(dāng)可觀。
筆者曾經(jīng)組織過(guò)一次測(cè)試，在XX高檔公寓，2號(hào)樓7單元，樓高12層樓，地下2層，電梯功率是?11千瓦。一星期才叫梯次數(shù)230多次，使用回饋器以后節(jié)電率仍可以達(dá)到19.5%。只是在這種工況下，節(jié)電效益很低，投資回收期過(guò)長(zhǎng)。
七、???對(duì)幾個(gè)問(wèn)題的解答
1.電能回饋裝置發(fā)出來(lái)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(wǎng)中并聯(lián)了一臺(tái)不是連續(xù)工作的小發(fā)電機(jī)。當(dāng)電梯處在發(fā)電狀態(tài)的時(shí)候，回饋的電能進(jìn)入局域電網(wǎng)，與時(shí)電網(wǎng)中其他正在運(yùn)行中的用電設(shè)備（如水泵，冷水機(jī)組，風(fēng)機(jī)，照明燈等等）將這一部分電消耗掉了，于是這些設(shè)備減少了對(duì)總電源的電力需求，從而達(dá)到了節(jié)約用電的目的。
2、 加裝電能回饋裝置是否會(huì)影響電梯的安全運(yùn)行？
電梯的電能回饋裝置是在直流母排上并入的?；仞佈b飾都具備完整的保護(hù)功能（如：過(guò)壓保護(hù)、欠壓保護(hù)、過(guò)流保護(hù)、過(guò)熱保護(hù)，采用自診斷技術(shù)確保輸出電壓精確，防止電流回送等），而且這些保護(hù)的設(shè)置參數(shù)都大幅度低于電梯控制柜和變頻器的保護(hù)參數(shù)的水平，一旦回饋裝置發(fā)生故障，其本身的各種保護(hù)就會(huì)先于電梯控制回路中保護(hù)起作用，使回饋裝置停止工作。此時(shí)電梯仍可以正常工作，只是沒(méi)有了電能回饋的功能而已，因此安裝電能回饋裝置對(duì)電梯的安全性能沒(méi)有任何影響。另外該產(chǎn)品已經(jīng)得到國(guó)家電梯質(zhì)量檢測(cè)中心認(rèn)可，可以放心使用。
3、在不同建筑物內(nèi)，同樣功率，層站的電梯為什么節(jié)電率相差很大？
問(wèn)題出在電梯的使用頻率不一樣。正如前面提到的，回饋器只是在輕載上升，重載下降以及電梯停站之前的制動(dòng)期間才會(huì)發(fā)電，所以發(fā)電量的取決于出現(xiàn)上面三種運(yùn)行狀況的幾率?？傮w上講，使用頻率越高，電梯出現(xiàn)上述三種狀況的幾率就越高，回饋的電量就越多，節(jié)電率就越高。
4、什么樣的電梯適合安裝電能回饋器？
從理論個(gè)上講，只要變頻的垂直電梯都可以安裝電能回饋器。非變頻電梯、液壓電梯由于工作原理不同，不能安裝電能回饋器。無(wú)機(jī)房電梯也可以安裝回饋器，安裝回饋器后的節(jié)能效果不如有機(jī)房電梯那樣明顯，所以人們不太應(yīng)用。
從節(jié)能效益上講，應(yīng)該首先應(yīng)該考慮在樓層高，運(yùn)行頻率高，梯速高和停站多的電梯上使用這項(xiàng)技術(shù)。這樣投資回收期比較短，而且電梯機(jī)房環(huán)境的改變更加明顯。使用單位可以根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行推算，大約在2-3年內(nèi)可以收回投資的電梯都可以考慮進(jìn)行改造。
電梯電能回饋技術(shù)是一項(xiàng)完全成熟而且很值得推廣的節(jié)能技術(shù)，已經(jīng)得到國(guó)家電梯質(zhì)量管理部門(mén)的認(rèn)可。在設(shè)備選型的時(shí)候，寫(xiě)字樓，醫(yī)院，商廈等等建筑物就應(yīng)該考慮安裝帶電能回饋裝置的電梯。建議有關(guān)部門(mén)早日完成國(guó)家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范的制定，使這項(xiàng)節(jié)能技術(shù)的推廣和應(yīng)用進(jìn)入法制化的軌道。應(yīng)該在建筑物方案審核的時(shí)候就進(jìn)行相應(yīng)的干預(yù)，以便從源頭上控制住高能耗電梯的進(jìn)入市場(chǎng)。避免再次陷入先耗能再治理的怪圈內(nèi)。
（李維善/文）來(lái)源微信公眾號(hào)：電梯