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【摘 要】电梯是楼宇建筑中的耗能大户，电梯节能改造及技术升级是社会可持续发展的需要。本文分析了不同类型的电梯耗能情况，从降低“拖动用电工况”的能耗及对电梯“制动发电工况”运行过程中产生的再生能源储存和再利用两方面研究了电梯节能改造技术，并阐述了电梯节能改造技术的应用情况及节能前景。
【关键词】电梯；节能改造；变频变压调速（VVVF）；应用情况
近年来，高层建筑已成为城市房屋建筑的主流，电梯的使用越来越广泛，而电梯的能耗也随之不断增高。据统计，电梯在楼宇建筑中用电量占总用电量的17%～25%以上，所以，电梯已成为耗能大户，电梯节能降耗也引起社会各界的关注。由于大部分电梯正在使用中，如果更新这些电梯需要大量资金，因此，利用节能技术对电梯进行改造，是降低楼宇建筑电梯能耗的重要举措。
1.不同类型的电梯能耗分析
对不同型号电梯进行了1000kg货物运送1000m的试验，并采用相同的测试方法测出能耗，统计结果如表1所示。
测试结果表明，完成相同的运送量，不同类型的电梯耗能电量相差很大。
2.电梯节能改造技术
电梯节能改造主要从两个方面开展：第一，降低“拖动用电工况”的能耗，主要从驱动系统、控制系统、拖动系统三个方面提高电梯的运行效率；第二，对电梯“制动发电工况”运行过程中产生的再生能源储存和再利用。
表1 不同类型电梯的能耗比较分析表
2.1 降低“拖动用电工况”的能耗
（1）驱动系统节能
电梯的驱动系统节能改造主要是对原有的曳引机蜗轮蜗杆变速箱的传动方式进行更新改造，采用行星齿轮、永磁同步无齿轮、同步行星齿轮等传动替代设备。这些先进的传动设备较原有的蜗轮蜗杆传动设备相比，具有体积小、性能高、控制稳定、可节能20%以上等特点。
（2）控制系统节能
控制系统节能改造主要有群控系统优化、待机与自动停机节能。群控系统是电梯群的调度系统，群控系统优化主要任务是减少乘客的等待时间和提高电梯的利用率。优化的主要方法有鲁棒优化模型法、滚动优化算法等。待机与自动停机节能是指电梯不运行时的能耗控制技术。
（3）拖动系统节能
拖动系统节能改造的主要方法是将原有的电梯交流双速及调压调速（ACVV）设备改造为调频调压调速（VVVF）设备。
交流电机的转速计算公式为：n=60f（1-s）/p，式中f为定子的供电频率，s为电机转差率，P为电机极对数。调频调压调速技术就是通过改变f来调节电机的转速，从而获得电梯承载的最佳舒适度。电梯采用的恒转矩拖动系统，电机的转矩计算公式为：M≈K（U/f）2，K为常数，从而为了获得电机恒定转矩，需保持U/f值不变，因此在改变f时，需同时比例改变电机的定子电压。
调频调压调速（VVVF）设备与调压调速（ACVV）设备相比具有显著的节能效果，主要反映启动、均速、制动三个阶段。
电梯启动时，调压调速（ACVV）设备在50Hz频率下启动，启动电流大，转矩特性差，乘坐舒适度差，能耗大；而变频变压调速（VVVF）设备在低频下启动，随着电梯速度上升，f不断升高，直到额定速度，大大降低了能耗。
电梯均速运行时，如果电梯处在重载向上运行或轻载向下运行“拖动用电工况”下，（VVVF）与（ACVV）耗能基本相同；如果电梯处在轻载向上运行或重载向下运行“制动发电工况”时，调压调速（ACVV）电机需要消耗电能产生制动能量，而变频变压调速（VVVF）电机则再生发电状态，不需消耗电能产生制动能量。
电梯制动过程中，调压调速（ACVV）一般采用能耗制动方式，即从电网中获得能量形成制动电流。对于有较大惯性轮的电机，制动电流高达60～80A，对电网的冲击较大，制动能量变成热能，消耗在电动机的转子中，电动机发热现象比较严重。变频变压调速（VVVF）因调速性能好，在正常情况下基本做到“零速抱闸”。
因此在电梯节能改造过程中，通常采用调频调压调速技术改进老旧电梯的拖动系统，大大降低能耗，同时也提高了电梯乘坐舒适度。
2.2制动工况耗能利用
电动机驱动曳引轮旋转，通过曳引轮绳槽与钢丝绳摩擦传动，实现钢丝绳两端轿厢与对重的上下相向运动。在轿厢的上下运行过程中，根据轿厢侧与对重两侧产生拉力差及运行方向的不同可分为4种情况。驱动电动机经常在“拖动用电工况”与“制动发动工况”短时交替工作，在“拖动用电工况”电梯驱动电动机需消耗电能，在“制动发动工况”电梯驱动电动机要发出电能。
（1）采用逆变器将再生能量回馈电网
如图l所示，当电梯处在拖动用电工况下，与传统的变频器工作方式相同，即由电网向曳引机供电；当电梯处于制动发电工况下，通过左边的变流器将电梯的再生电能回馈到电网。由于我国电能反馈目前没有得到供电部门的普遍认可，回收电费在实际操作中很难兑现，影响了这项技术的推广。
图1 采用逆变器回将再生电能回馈电网示意图
（2）采用蓄电池吸收再生电能
如图2所示，电池组通过双向DC—DC与电频器的直接母线相连，当电梯处在拖动用电工况下，电池处于恒流放电状态；当电梯处于制动发电工况下，并且直流母线电流达到某一特定值时，电池开始充电，充电电流可根据回馈的再生能量进行控制。目前电池的寿命有限，并且需定期更换，成本较大，推广应用有待新型电池的研制。
图2 电池吸收再生电能示意图
（3）采用超级电容吸收再生电能
超级电容是20世纪60、70年代率先在美国出现，到了80年代作为储能器件走向市场，2010年上海世博会，超级电容公交汽车得到了成功的应用。超级电容作为储能器件与电池相比优点在于：
①充电时间短。最快可在几十秒内充电完毕，最长充电不过十几分钟，而蓄电池则需8-l2h；
②充放电具有很长的循环寿命（可循环充电10万次），而蓄电池只有数百次；
③贮存寿命长，因充放电过程中没有发生化学反应或电化学反应，没有生成新的物质；
④高可靠，低维护，因充放电过程中没有部件运动，维护工作少。
采用超级电容吸收电梯再生电能原理与电池吸收再生电能相同（如图3）。由于超级电容器硬件成本较高，且应用在电梯上的实际经验少，有待进一步的推广。
图3 超级电容吸收再生电能示意图
4.电梯节能改造技术的应用情况
目前，采用变频调压调速技术对交流双速、调压调速老旧电梯的改造得到了广泛的应用。经变频调压调速技术（VVVF）改进后的电梯结构紧凑，噪音低，提高了传动效率。因调压调速技术（VVVF）为无级调速，从而大大提高了乘客的舒适度。某楼宇使用调频调压调速技术改造一台调压调速电梯，对改造前后的用电量进行了统计。改造前1年的总用电量为15366.5kwh，日平均用电量为42.1kwh，改造后总用量8979.0kwh，日平均用电量为24.6kwh，节能可达41.6%。
在已采用了先进的变频调压调速技术（VVVF）的电梯，节能的空间依然很大。据广州省特检院提供的23台普通变频变压调速（VVVV）电梯增加能量回馈装置，测试能效指标，与未增加能量回馈装置相比，平均节电率达23.38%。
5.结束语
综上所述，对电梯进行节能改造，可以增强电梯的舒适性、安全性，还可以降低能耗、节能能源、节约运行成本。因此，电梯节能技术的应用，不仅缓解了当前电力紧张局势，还可以为建设节约型社会、实施可持续发展战略作出了贡献。
参考文献
[1] 刘劲帆，变压变频（VVVF）技术在电梯节能改造中的应用[J].节能，2001.09
[2] 梁小春，浅谈电梯节能改造及技术升级[J].中国电梯，2011.06
【关键词】电梯；节能改造；变频变压调速（VVVF）；应用情况
近年来，高层建筑已成为城市房屋建筑的主流，电梯的使用越来越广泛，而电梯的能耗也随之不断增高。据统计，电梯在楼宇建筑中用电量占总用电量的17%～25%以上，所以，电梯已成为耗能大户，电梯节能降耗也引起社会各界的关注。由于大部分电梯正在使用中，如果更新这些电梯需要大量资金，因此，利用节能技术对电梯进行改造，是降低楼宇建筑电梯能耗的重要举措。
1.不同类型的电梯能耗分析
对不同型号电梯进行了1000kg货物运送1000m的试验，并采用相同的测试方法测出能耗，统计结果如表1所示。
测试结果表明，完成相同的运送量，不同类型的电梯耗能电量相差很大。
2.电梯节能改造技术
电梯节能改造主要从两个方面开展：第一，降低“拖动用电工况”的能耗，主要从驱动系统、控制系统、拖动系统三个方面提高电梯的运行效率；第二，对电梯“制动发电工况”运行过程中产生的再生能源储存和再利用。
表1 不同类型电梯的能耗比较分析表
2.1 降低“拖动用电工况”的能耗
（1）驱动系统节能
电梯的驱动系统节能改造主要是对原有的曳引机蜗轮蜗杆变速箱的传动方式进行更新改造，采用行星齿轮、永磁同步无齿轮、同步行星齿轮等传动替代设备。这些先进的传动设备较原有的蜗轮蜗杆传动设备相比，具有体积小、性能高、控制稳定、可节能20%以上等特点。
（2）控制系统节能
控制系统节能改造主要有群控系统优化、待机与自动停机节能。群控系统是电梯群的调度系统，群控系统优化主要任务是减少乘客的等待时间和提高电梯的利用率。优化的主要方法有鲁棒优化模型法、滚动优化算法等。待机与自动停机节能是指电梯不运行时的能耗控制技术。
（3）拖动系统节能
拖动系统节能改造的主要方法是将原有的电梯交流双速及调压调速（ACVV）设备改造为调频调压调速（VVVF）设备。
交流电机的转速计算公式为：n=60f（1-s）/p，式中f为定子的供电频率，s为电机转差率，P为电机极对数。调频调压调速技术就是通过改变f来调节电机的转速，从而获得电梯承载的最佳舒适度。电梯采用的恒转矩拖动系统，电机的转矩计算公式为：M≈K（U/f）2，K为常数，从而为了获得电机恒定转矩，需保持U/f值不变，因此在改变f时，需同时比例改变电机的定子电压。
调频调压调速（VVVF）设备与调压调速（ACVV）设备相比具有显著的节能效果，主要反映启动、均速、制动三个阶段。
电梯启动时，调压调速（ACVV）设备在50Hz频率下启动，启动电流大，转矩特性差，乘坐舒适度差，能耗大；而变频变压调速（VVVF）设备在低频下启动，随着电梯速度上升，f不断升高，直到额定速度，大大降低了能耗。
电梯均速运行时，如果电梯处在重载向上运行或轻载向下运行“拖动用电工况”下，（VVVF）与（ACVV）耗能基本相同；如果电梯处在轻载向上运行或重载向下运行“制动发电工况”时，调压调速（ACVV）电机需要消耗电能产生制动能量，而变频变压调速（VVVF）电机则再生发电状态，不需消耗电能产生制动能量。
电梯制动过程中，调压调速（ACVV）一般采用能耗制动方式，即从电网中获得能量形成制动电流。对于有较大惯性轮的电机，制动电流高达60～80A，对电网的冲击较大，制动能量变成热能，消耗在电动机的转子中，电动机发热现象比较严重。变频变压调速（VVVF）因调速性能好，在正常情况下基本做到“零速抱闸”。
因此在电梯节能改造过程中，通常采用调频调压调速技术改进老旧电梯的拖动系统，大大降低能耗，同时也提高了电梯乘坐舒适度。
2.2制动工况耗能利用
电动机驱动曳引轮旋转，通过曳引轮绳槽与钢丝绳摩擦传动，实现钢丝绳两端轿厢与对重的上下相向运动。在轿厢的上下运行过程中，根据轿厢侧与对重两侧产生拉力差及运行方向的不同可分为4种情况。驱动电动机经常在“拖动用电工况”与“制动发动工况”短时交替工作，在“拖动用电工况”电梯驱动电动机需消耗电能，在“制动发动工况”电梯驱动电动机要发出电能。
（1）采用逆变器将再生能量回馈电网
如图l所示，当电梯处在拖动用电工况下，与传统的变频器工作方式相同，即由电网向曳引机供电；当电梯处于制动发电工况下，通过左边的变流器将电梯的再生电能回馈到电网。由于我国电能反馈目前没有得到供电部门的普遍认可，回收电费在实际操作中很难兑现，影响了这项技术的推广。
图1 采用逆变器回将再生电能回馈电网示意图
（2）采用蓄电池吸收再生电能
如图2所示，电池组通过双向DC—DC与电频器的直接母线相连，当电梯处在拖动用电工况下，电池处于恒流放电状态；当电梯处于制动发电工况下，并且直流母线电流达到某一特定值时，电池开始充电，充电电流可根据回馈的再生能量进行控制。目前电池的寿命有限，并且需定期更换，成本较大，推广应用有待新型电池的研制。
图2 电池吸收再生电能示意图
（3）采用超级电容吸收再生电能
超级电容是20世纪60、70年代率先在美国出现，到了80年代作为储能器件走向市场，2010年上海世博会，超级电容公交汽车得到了成功的应用。超级电容作为储能器件与电池相比优点在于：
①充电时间短。最快可在几十秒内充电完毕，最长充电不过十几分钟，而蓄电池则需8-l2h；
②充放电具有很长的循环寿命（可循环充电10万次），而蓄电池只有数百次；
③贮存寿命长，因充放电过程中没有发生化学反应或电化学反应，没有生成新的物质；
④高可靠，低维护，因充放电过程中没有部件运动，维护工作少。
采用超级电容吸收电梯再生电能原理与电池吸收再生电能相同（如图3）。由于超级电容器硬件成本较高，且应用在电梯上的实际经验少，有待进一步的推广。
图3 超级电容吸收再生电能示意图
4.电梯节能改造技术的应用情况
目前，采用变频调压调速技术对交流双速、调压调速老旧电梯的改造得到了广泛的应用。经变频调压调速技术（VVVF）改进后的电梯结构紧凑，噪音低，提高了传动效率。因调压调速技术（VVVF）为无级调速，从而大大提高了乘客的舒适度。某楼宇使用调频调压调速技术改造一台调压调速电梯，对改造前后的用电量进行了统计。改造前1年的总用电量为15366.5kwh，日平均用电量为42.1kwh，改造后总用量8979.0kwh，日平均用电量为24.6kwh，节能可达41.6%。
在已采用了先进的变频调压调速技术（VVVF）的电梯，节能的空间依然很大。据广州省特检院提供的23台普通变频变压调速（VVVV）电梯增加能量回馈装置，测试能效指标，与未增加能量回馈装置相比，平均节电率达23.38%。
5.结束语
综上所述，对电梯进行节能改造，可以增强电梯的舒适性、安全性，还可以降低能耗、节能能源、节约运行成本。因此，电梯节能技术的应用，不仅缓解了当前电力紧张局势，还可以为建设节约型社会、实施可持续发展战略作出了贡献。
参考文献
[1] 刘劲帆，变压变频（VVVF）技术在电梯节能改造中的应用[J].节能，2001.09
[2] 梁小春，浅谈电梯节能改造及技术升级[J].中国电梯，2011.06