第一篇电梯能量回馈技术的应用

　　一、基本参数型号电网电压等级适配电机功率（KW）额定电流峰值电流异步电机同步电机HU2017-HSH380Vac7.5～305.5～222227

　　二、政策支持国务院关于“十三五”节能减排的通知[国发（2016）74号]第三章第十三条:开展电梯能效测试与评价，在确保安全的前提下，鼓励永磁同步电机变频调速能量反馈等节能技术的集成应用，开展老旧电梯安全节能降耗试点。质检总局（2012第5号）关于高耗能特种设备节能技术与产品推广目录中第21项是：电梯能量回馈装置。

　　三、新梯配套、增加卖点1、倡导能源再生电梯，采用能源再生变频器、能量反馈系统、能量回馈技术；2、厂家不配套，节能就落后@能量回馈；3、绿色电梯必配能量回馈，绿色电梯没你不行@能量回馈；4、降温并发电，减少高温故障困人，降低使用成本@能量回馈；5、会发电的电梯@能量回馈；四、产品上册、上架，好处多多1、政府机构、招投标采购单位，有节能减排需求和指标；2、整机利润少、选配利润高，厂家不配套、代理自己购；3、新梯不拼价格、拼价值，选配不增加成本、还增加利润；4、旧梯升级、维保创收，降温并发电、减少高温障、降低使用成本；产品上册、上架通过微信公众号、网站、图册等广而告之，快速传达给代理商、销售人员，抢占市场。（某品牌电梯画册上的说明）

　　第二篇能量回馈的原理及实践

　　一、我国电梯发展的简要回顾统计数据显示，1979年以前，我国的在用电梯不到１万台。八十年代以来，随着经济建设的持续高速发展，国内电梯需求量越来越大，新增数量整体呈快速上升趋势，并持续至今。根据历年的统计数据：1986年，我国大陆地区电梯年产量突破1万台；1997年达到了近3万台；2002年首次突破6万台；2006达到16.8万台，成为全球之首。2007年达到21.6万台，这个产量超过了全球当年电梯产量的40%。中国电梯协会提供的信息显示，截止到2015年底，中国大陆在用电梯总数达400多万台。根据有关方面提供的对酒店，写字楼等的用电情况调查材料显示，当出租率或者入住率比较高的时候(超过85%)，建筑物内电梯的用电量可以达到建筑物总用电量的15%—25%仅次于建筑物内制冷、空调的用电量，高于楼内公共区域照明，供水等的用电量。随着电价的不断上涨，电梯节能已经成为广大电梯使用单位十分关注的问题。近年，新建的楼宇中带有电能回馈装置的电梯已经逐渐开始被建设单位选用。

　　二、交流异步电动机的发电原理交流异步电动机也被称为“感应式电动机”，在电动机处在电动状态的时候，转子导体不断地切割旋转磁场的磁力线而产生电磁转矩，使转子发生转动并且输出扭矩。但是当交流异步电动机的实际转速高于同步转速的时候，电动机转子切割磁力线的方向与电动状态的方向相反，于是转子的感应电动势和转子的电流方向都和电动状态时的方向相反，继而导致转矩与转速的方向相反，电动机处在回馈制动的状态下。此时电动机输出的机械功率＜0，从定子到转子的的电磁功率也＜0。P＝3U1Ｉ1cosφ＜0说明电动机不是从电网吸收有功功率，而是向电网输送有功功率，换句话说此时的一台交流异步电动机已经变成了一台交流异步发电机与电网并联运行。但是电动机仍然需要从电网吸收无功功率以便建立旋转磁场的磁通势。正因为如此，这台发电机不用考虑同步问题。

　　三、泵升电压当我们把一个重物从低处提到高处时，必须要付出能量，当把这个重物从高处放回低处时，这个能量将会释放出来，这是“能量守恒”原理。电梯也是同样的道理，当把电梯向上提时，我们要使用电能，当把电梯从高处放下时，电梯要放出能量，为了均匀拖动负载，电梯由曳引机拖动的负载是由载客轿厢和对重平衡块组成，只有当轿厢载重量加上轿箱额定负载的50%（1吨载客电梯乘客为7人左右）时，两者才相互平衡。此举虽然改变了用能的峰值点，但不能改变平均能耗。而在实际使用的过程中不太可能出现这么巧的事情，即轿箱重量加上乘客的体重正好等于对重平衡块的重量。所以电梯基本上都是处在一种非平衡状态下运行的。在电梯的实际运行中经常会出现以下两种现象：1、乘客较多的时候轿箱下降。2、乘客比较少或者没有乘客的时候轿箱上升。出现第1种情况的时候乘客的重力势能做功，也就是释放能量。出现第2种情况的时候，对重平衡块的重力势能做功。这两种状况下电动机就会处在发电的状态。原因是两种重力势能释放的时候就会拉着电动机向前转，从而使电动机的实际旋转速度高于电动机的额定同步转速。但由于电梯用变频器的交－直－交主电力AC/DC整流电路是不可逆的，因此发出来的电无法回馈到电网上去，结果造成主电路电容器二端电压升高，这种现象称为“泵升电压”。另外采用变频调速的电梯启动运行达到最高运行速度后具有最大的机械功能，电梯达到目标层前要逐步减速直到电梯停止运动为止。从高速到停止（速度为零），这时电气的频率变化很快就完成了，但电动机的转子带着负载有较大的机械惯性，不可能很快的停止，此刻电动机在这个过程中电动机也处于发电状态，同样会产生泵升电压。

　　四、泵升电压的处理方式电梯运行中多余的这些能量通过电动机和变频器转换成直流电能储存在变频器直流回路中的电容中，回送到电容中的电能越多，电容电压就越高，如不及时释放电容器储存的电能，就会出现过电压。电梯控制系统的保护装置会迫动作，使变频器停止工作，电梯就无法运行了。为了避免这种现象的发生，目前泄放变频器内大电容中电量的方法是采用制动单元和外加大功率电阻，将大电容中电量消耗到外加大功率电阻上，实际上就是白白地变成热能浪费掉了。这种通过内置或外加制动电阻的方法将电能消耗在大功率电阻器中方式，被人们称之为电梯的“能耗制动方式”。目前国内的变频电梯几乎全都采用这种办法。电梯运行中，这些电阻都会散发出很大的热量（其表面温度可达100摄氏度以上），浪费的这部分能量占电梯用电总量的25-40%。同时电阻产生的热量还恶化了电梯控制柜周边的环境，为了保证电梯控制系统中其他组件能够正常工作，管理方基本上要装空调、风机来降低电梯间温度，使得电梯系统的电能消耗进一步加大。在一些条价较差的电梯机房内，空调的用电量几乎和电梯的用电量大致相同。

　　五、电梯电能回馈器的工作原理所谓回馈就是将上述多余的电能经过逆变变成与低压电网（局域电网）相同相位，相同频率，相同电压，相同相序交流电送回低压电网。这与风力发电和太阳能发电向低压电网并网送电的过程非常相像。电能回馈器的主电路采用IGBT功率模块，控制电路中产生的控制脉冲列，经性能可靠的驱动电路控制IGBT功率单元的开通、关断。电流指令发生器产生和回馈能量成正比的正弦波电流信号，使回馈电网的电流接近正弦波。主电路由IGBT、智能模块IPM、隔离二极管、滤波电感、电容，外围信号采样器等元件组成。模块是主电路中的核心元件，它将直流电能逆变为与交流电网同步的三相电流回送电网。隔离二极管可防止能量回馈器反送电能给变频器，确保系统安全运行。电感和电容构成高次谐波滤波器，阻止模块高频开关产生的高次谐波电流进入电网，提高电能回馈器的电磁兼容（EMC）性能。回馈器采用电压自适应控制，即无论电网电压如何波动，只有当电梯机械能转换成电能送入直流回路电容中时，电梯专用电能回馈器才及时将电容中的储能回送电网，如果电容器中没有储能，回馈器就不工作（不发电）。为保证能量回馈器能够安全可靠地工作，产品还采用了可编程逻辑器件，使回馈器具有极强的抗干扰能力。回馈器都有完备保护功能，保证了回馈器的可靠运行。主要技术指标大致如下：1.采用PWM脉宽调制技术，输出相位准确、有效抑制高次谐波。2.采用DSP中央处理器，速率高、精度高、稳定性能好、抗干扰能力强。3.采用自诊断技术确保输出电压精确，防止电流回送，使变频器不受影响。4.电压畸变小于5%，符合IEC61000-3-2及GB/T14549标准。5.应用电抗器和噪声滤波器，可直接和0.4kV电网驳接使用。6.能量转换率达97%以上，节电率在25%～45%（根据不同工况）。7.实现变频调速系统四象限运行；8.制动能量得到回收，系统效率提高；在频繁制动的工况下运行时节电更明显。

　　六、电能回馈装置简介电梯能源反馈本身不是新技术，但仍属于先进技术，只是我国引进得比较晚。在国外从90年代起，我们常见的电梯品牌如：富士达，东芝，迅达，奥蒂斯，三菱，日立，蒂森等等品牌的原装电梯上就都可以带能源反馈装置。另外在油田抽油机，矿井的提升机等等地方，这项技术也得到了较为广泛的应用。国内超高层建筑物内或者梯速3米/秒以上的高档电梯的基本都使用了这套装置，因为电阻放热的方式对这样的电梯已经不起作用了。但在一般建筑物中，由于在引进的时候这套装置报价相当高，所以绝大部分开发商在初期建设的时为了降低成本都没有选用。如果你有兴趣去电梯机房观察一下电梯控制柜，在其变频器的出线端子排上几乎都有标着“+”和“—”这样两个端子，这就是电能回馈装置的接线点。目前国产电梯出厂时很多都不配有电能回馈装置。近年，这项技术被一些厂家引入国内，目前市场上常见的能量回馈装置厂家的产品，他们的产品从原理，构造和性能上基本相似，只是在辅助功能上有些差别而已。理论寿命可达70000小时以上。目前市场上的能源反馈装置的设计完全是按照无人管理的全智能模式设计的（傻瓜型）。外观上看就像一个配电箱，大多采用壁挂式，体积大约在300×300×500mm(各个厂家有所差异)，采用落地式的相对少一些。原理图如下：整个安装过程相当简单，主要的工作内容是固定回馈器和接线。然后根据实际情况对动作电压和控制参考电压进行一下设定，回馈器即可投入运行。回馈器有6根引出线：其中3根是相线，分别接在三相电源上，作用是向低压电网回馈电能。另外2根接在变频器的直流端子上，（变频器接线端子排上的那2个直流端子因变频器品牌的不同，其名称不完全一样，在接线以前应仔细阅读变频器说明书）其作用这是从直流母排上收集过剩的电能。剩下一根是接地线（PE线）。为了用户能够确认回馈器的节电功能，各个厂家在安装首台回馈器的线路上通常还要安装三块电表（见下图），其中一块（A）用来计量不含有回馈电量的用电量，也就是没有安装回馈器时候电梯的用电量。第二块(B)计量包含回馈电量在内的电梯用电量。第三块（C）专门用于计量回馈的电量,也就是节约的电量。它们之间的关系是：B=A-C接线图（建议用1个智能电表测试，一进一出的电量相加减，或对比测试）在电梯运行的期间，一旦电梯的电动机进入发电状态，人们就可以清楚地看见电表A在反转，电表B微动，电表C在正转。不过有一点一定要予以注意：在这里安装的电表必须是机械式电表，因为电子式电表是不会反转的。五、节能效益电梯能源回馈器的节能效益是相当高的。中国特种设备检验协会对某产品进行过能好测试：工况为100%载荷（满载）时往返10次的耗电量，用电能回馈技术前耗电0.852Kw.h，应用电能回馈技术后耗电0.472Kw.h，节电率查过44%；工况为0%载荷（空载）时往返10次的耗电量，用电能回馈技术前耗电0.748Kw.h，应用电能回馈技术后耗电0.486Kw.h，节电率超过35%。根据笔者这几年的实际观察和测试，节电量与电梯的工作状况有很大的关系。在楼层越高，日平均运行频次越多，电梯的梯速越高，停站次数越频繁的电梯上面使用回馈器的节能效益越好。在高层写字楼内，每天叫梯次数超过1000次的电梯，安装回馈装置以后节电率几乎都能够达到35%以上。此外使用该项技术以后，放热电阻不再工作，电梯机房的室内温度大幅度下降，通常可以下降5~10摄氏度。机房空调机的开启时间减少了50~75%（依电梯机房的位置和结构而异），进一步降低了电梯系统的能耗。同时电梯机房的温度下降以后，对电梯机房设备的安全运行和延长使用寿命都很有好处。写字楼，商场，医院由于受到电梯客户群的影响，其主要工作时间往往都相对集中在8：30到18：00这段时间内，此间正值用电高峰期，电价都比较高，北京地区商业电价在高峰期间（10：00-15：00）是1.2283元/千瓦时，夏季7、8、9月的尖峰期间（11：00-13：00）1.3377元/千瓦时，因此节电效益更加明显。一年节约的电费基本上就能够达到初期投资的水平。例如：深圳某大厦电梯停站30层，梯速2.5m/s。实验状态：不用回馈器和用回馈器，各运行2周（336小时）。不用回馈器用电量是817千瓦时。电阻温度128摄氏度。使用回馈器用电量是491千瓦时。电阻温度22摄氏度。节电率大约39%。一年节约的电费就超过了改造的投资。即使在叫梯次数很少的电梯上使用回馈器，节电率也相当可观。笔者曾经组织过一次测试，在XX高档公寓，2号楼7单元，楼高12层楼，地下2层，电梯功率是11千瓦。一星期才叫梯次数230多次，使用回馈器以后节电率仍可以达到19.5%。只是在这种工况下，节电效益很低，投资回收期过长。

　　七、对几个问题的解答

　　1、电能回馈装置发出来的电到哪里去了？安装了电能回馈装置等于在建筑物低压电网中并联了一台不是连续工作的小发电机。当电梯处在发电状态的时候，回馈的电能进入局域电网，与时电网中其他正在运行中的用电设备（如水泵，冷水机组，风机，照明灯等等）将这一部分电消耗掉了，于是这些设备减少了对总电源的电力需求，从而达到了节约用电的目的。

　　2、加装电能回馈装置是否会影响电梯的安全运行？电梯的电能回馈装置是在直流母排上并入的。回馈装饰都具备完整的保护功能（如：过压保护、欠压保护、过流保护、过热保护，采用自诊断技术确保输出电压精确，防止电流回送等），而且这些保护的设置参数都大幅度低于电梯控制柜和变频器的保护参数的水平，一旦回馈装置发生故障，其本身的各种保护就会先于电梯控制回路中保护起作用，使回馈装置停止工作。此时电梯仍可以正常工作，只是没有了电能回馈的功能而已，因此安装电能回馈装置对电梯的安全性能没有任何影响。另外该产品已经得到国家电梯质量检测中心认可，可以放心使用。

　　3、在不同建筑物内，同样功率，层站的电梯为什么节电率相差很大？问题出在电梯的使用频率不一样。正如前面提到的，回馈器只是在轻载上升，重载下降以及电梯停站之前的制动期间才会发电，所以发电量的取决于出现上面三种运行状况的几率。总体上讲，使用频率越高，电梯出现上述三种状况的几率就越高，回馈的电量就越多，节电率就越高。

　　4、什么样的电梯适合安装电能回馈器？从理论个上讲，只要变频的垂直电梯都可以安装电能回馈器。非变频电梯、液压电梯由于工作原理不同，不能安装电能回馈器。无机房电梯也可以安装回馈器，安装回馈器后的节能效果不如有机房电梯那样明显，所以人们不太应用。从节能效益上讲，应该首先应该考虑在楼层高，运行频率高，梯速高和停站多的电梯上使用这项技术。这样投资回收期比较短，而且电梯机房环境的改变更加明显。使用单位可以根据实验数据进行推算，大约在2-3年内可以收回投资的电梯都可以考虑进行改造。电梯电能回馈技术是一项完全成熟而且很值得推广的节能技术，已经得到国家电梯质量管理部门的认可。在设备选型的时候，写字楼，医院，商厦等等建筑物就应该考虑安装带电能回馈装置的电梯。建议有关部门早日完成国家相关标准和规范的制定，使这项节能技术的推广和应用进入法制化的轨道。应该在建筑物方案审核的时候就进行相应的干预，以便从源头上控制住高能耗电梯的进入市场。避免再次陷入先耗能再治理的怪圈内。

　　第三篇《电梯能效与能耗指标》

　　评价标准探讨作者赵国先电梯节能主要指：减少电梯运行中能量传输过程的消耗，特别待机状态下的能量消耗及提高电梯的运行效率；电梯环保主要指：降低电梯运行中排放有害物质对周围环境的污浊。早在2004年，财政部、国家发展改革委联合制定了《节能产品政府采购实施意见》；党十七大会议明确指出：建设资源节约型社会是我国的基本国策；《中华人民共和国节约能源法》规定：对高能耗特种设备应实行节能审查和监管；国家质检总局也明确指出:特种设备安全监察要与节能监管相结合。但是现行的电梯标准和安全技术法规，只对电梯的技术要求与检测检验方法提出了明确要求。至今，我国尚未出台有关电梯能源利用效率的检测方法和评价方面的标准。由于没有针对电梯能源效率或能耗指标评价的标准，电梯能效审查与监管工作难以科学开展，同样在电梯招标中，对电梯节能环保项目的评估也无法可依、无据可查。根据国务院《特种设备安全监察条例》电梯已定为高能耗特种设备。随着经济发展，近年来电梯的数量飞速增长，其所需电能的消耗也在快速递增。当今，世界各国都在大力发展低碳经济，保护环境、节能降耗已是全球各国能源发展的方向。降低电梯能耗不仅能降低电梯的运营成本，还能减少空气中二氧化碳的排放以利改善周围的环境。由此，不能不引起对电梯能耗标准的高度关注。现行电梯招标中，因电梯节能环保相关的国家标准至今尚未出台，目前一般借鉴采用的是德国VDI4707电梯能效标准。该标准是基于2005年瑞士能源效率署在欧洲针对世界八大电梯厂商的33部电梯进行测试评估后，所综合规划评定出来的测试标准，并于2009年3月正式颁布。它与ISO25745电扶梯能效标准不同，VDI4707标准是一项自愿性质的、只针对直梯的测试标准，而ISO25745则是从维也纳协议下发展出来的标准，可对协议国下的直梯和扶梯两种电梯进行测试。参考有关资料介绍，该标准适用于新的乘客电梯和载货电梯的能效评估和分级，同时也可适用于已有电梯能效的确认。依据电梯运行和待机所需要的能量不同，将电梯的能源效率分为七个等级，分别由A至G七个彩色标签来标识，其中A级绿色代表电梯能源效率最佳，G级红色表示电梯的能效亟待改善。依据德国VDI4707标准进行能效测试共分为六个步骤。首先，需要评定待测电梯的使用类别（类别1至类别5），这与电梯所在建筑物的型式、电梯的用途及运行频率有关。同时，可以参考电梯制造商提供的相关运行数据及该大楼实际运行统计数据进行综合判断。对于评估电梯的能效至关重要的是每一个使用类别对应着特定的每天平均运行时间和每天平均待机时间，而这两个数据也是后续计算的基础。接下来，需要在真实运行条件下，进行现场测试电梯的待机及运行所使用的能耗。其中，待机能耗需要由最后运行结束后的5分钟确定，运行能耗通常需要至少测量并记录3次运行的能耗值作为参考运行值，然后取其平均值作为最终的结果。在对上述数据进行相关计算后，便可得到需要的各个参数并确定该电梯的能效等级，最终由认证机构颁发德国电梯能源效率证书。需要说明并引起注意的是：通过德国VDI4707标准进行能效评估是仅针对单台评估电梯而言的。即便是型号和所有配置均完全相关的两部电梯，由于现场安装条件和使用频率的不同，其能效也可能是完全不同的，而需要分别测试并分别颁发能效证书。而且电梯在非理想型谐波电流下的低待机功率输出和高加速功率输出的测试要求非常高，所以整个流程需要有检测认证机构的专家指导下进行。

　　鉴于上述描述，现提供三点内容值得引起注意：

　　1.按中国法律在中国境内应该使用中国法定的标准，引进国外标准应当经过相关部门审查批准方可引用；

　　2.通过德国VDI4707标准进行能效评估的能效证书只是针对提供单台样机而言，因每台电梯因规格、使用地工况和使用频率的不同而有别，故不能简单套用已鉴定的样机证书；

　　3.因无相关法规可依照，目前国家现行的节能法规中电梯尚未列入政府采购的节能清单中。

　　综上所述，在目前国家电梯能源效率的评价指标与检测方法的标准未正式出台前，电梯招标中不宜普遍增设对该电梯能效评估项目的考评内容，当然新标准出台后也决非见了证书就可简单打分的。

　　注：2008年，由国家质量监督检验检疫总局科技司主持，国内电梯行业知名专家和学者参与，在中国特种设备检验协会，对“电梯能源效率的评价指标与检测方法研究”课题进行了成果鉴定。

　　会上专家组肯定其研究成果达到国际先进水平，同时建议，相关部门应继续深入开展电梯能源效率研究，以促进整个电梯行业的节能降耗。2010年，原课题组对该成果又作了补充修改后申报，但至今尚末形成国家标准（国内有些省市已形成地方标准并予施行）。

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