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          IPC电梯节能回馈装置在奥的斯品牌电梯上的应用

          IPC电梯节能回馈装置在奥的斯品牌电梯上的应用

          深圳市合兴加能科技有限公司 李晓明

          【摘 要】 本文主要介绍了IPC- PFE电梯节能回馈装置在奥的斯品牌电梯上的应用。现场运行情况表明,将电机再生发电状态下产生的再生能量回馈到电网的改造是成功的,从电能回馈技术方面说明电梯的节能是可行的。

          【关键词】 PFE系列电梯节能回馈装置 奥的斯品牌电梯 电能回馈技术 
           

          一、 引言

          随着现代化生产规模不断扩大和人们生活水平不断提高,能源价格也一路飘升,国内电价也涨了不少,电能供需矛盾日益突出,节电呼声日益高涨。有关统计数据表明,电梯的能源消耗基本上占整个大楼整体电能消耗的5~8%%,如果在全国电梯全部开展电节能降耗工作,那将是节省了大量的电力资源,具有特别重要的社会意义和经济效益。

          二、 项目介绍

          广东深圳某栋大厦占地面积8549㎡,总建筑面积84026㎡,其中办公面积42499㎡,共30层,364个单位,有400个停车位,采用纯板式结构的规划布局,采用奥的斯电梯。  

          奥的斯电梯的英文名称为:OTIS,是一个起源于美国的电梯品牌,是进驻中国市场最早的电梯品牌,奥的斯在中国的发展已经有了100多年的历史,目前在中国市场已经形成了以天津奥的斯为首,西子奥的斯,快速电梯,星玛电梯等多个合资电梯品牌。在中国的电梯界处于业界领袖的地位




           

          奥的斯(300VFE)电梯现场参数

          电梯参数

          电梯/速度2.5m/S

          电梯层站30层

          电梯载重1000KG

          电机参数

          电梯电机额定功率27KW

          电梯电机额定电流49A

          电梯电机额定电压380V

          运行参数

          电梯变频系统输入电流56A

          电梯变频系统输入电流387V

          制动电阻持续输出电流10A

          制动电阻持续输出电压50V

          制动电阻刹车电流35A

          制动电阻刹车电压150V

          变频系统PN端的直流电压(V)

          电梯停止

          电梯上行

          电梯下行

          540V

          612V

          532V

          三、系统工艺流程及现状能耗简介

          1、工艺简介

          通过按动不同功能按钮,可使轿箱到达相应的楼层。按钮按下后,指示灯亮,相应的动作程序开始运行。当电梯响应呼叫运行至该层时,相应的指示灯熄灭,电梯门打开,过一段时间后,电梯门关闭。 在电梯运行过程中,若电梯上行时,上行请求优先,上行请求执行完毕后,执行下行请求。同样在电梯下行过程中,下行请求优先,下行请求执行完毕后,再执行上行请求。无请求时,电梯停在最后执行动作的层次上。此时先按动上行,上行请求优先;相反,先按动下行,下行请求优先。

          2、升降电梯现状工艺存在能耗问题

          采用变频调速的电梯启动运行达到最高运行速度后,由惯性具有最大的机械动能,电梯到达目标层前,要逐步减速直到电梯停止运动为止,这一过程是电梯曳引机释放机械功能量的过程。

          此外,升降电梯还是一个位能性负载,为了均匀拖动负荷,电梯电机拖动的负载由载客轿厢和对重平衡块组成,只有当轿厢载重量约为50%(1吨载客电梯乘客为7人左右)时,轿厢和对重平衡块才相互平衡,否则,轿厢和对重平衡块就会有重量差,使电梯运行时产生机械位能。当电梯轿厢重量小于对重块重量时,电梯上行时电梯电机发电,下行耗电;反之,则上行耗电下行发电。 当电梯重载下行和轻载上行时,多余的机械能(含位能和动能)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,此时电容就好比是一个小水库,回送到电容中的电能越多,电容电压就越高,(好比水库水位超高),如不及时释放电容器储存的电能,就会产生过压故障,使变频器停止工作,电梯无法正常运行。

          目前最普通的方法是通过外接发热电阻使电能转化成热能散发出来。目前现有的电梯,都会在电梯控制柜的顶部,装配一个能耗制动电阻箱,用来将电梯在运行过程中所产生的电能消耗掉。正因为这样,大量的由电梯发出的电能白白消耗在了发热的电阻箱上,不仅造成了能量的浪费,由于电梯运行过程中,通过电阻产生的热量非常之高,电阻局部温度通常都是在100℃以上,控制系统元器件长时间处于高温状态,而且会导致电梯机房内的温度上升,这就造成了电梯因高温而产生故障,及使用寿命的降低。为防止设备过热,机房必须配备空调进行降温。

          如果能将电梯在运行时所产生并浪费在电阻箱上的这部份电能回馈到电网,供其它设备利用,则不仅这部分电能可以节省下来,由于电梯机房内温度的下降,相对也减少了机房降温设备(空调、风机)的耗电量。电梯在采用能量回馈节能后,由于没有了电阻发热源,电梯机房温度明显下降,不仅减少电梯故障率,相对就延长了电梯的使用寿命,实现双重节能的效果。

          四、项目改造方案

          用户经过多方调研、比较,最后决定采用了深圳市合兴加能科技有限公司生产的IPC电梯节能回馈装置。通过双方技术人员的合作,共同制定了电梯回馈节能改造方案,改造方案如下:

          1、配置选型

          项目 

          参数

          项目 

          参数

          变频器型号

          IPC-PF-HLF-37C

          额定功率

          37KW

          额定电压

          380V

          额定电流

          28A

          峰值电流(A)

          55A

          数量

          1台

           

          2、与电梯控制柜的接线方式

          电梯节能回馈装置的主回路接线非常简洁,当该系列产品与变频器配合使用时,只需将电梯节能回馈装置的直流输入端子“DC(+)”、“DC(-)正确连接到变频器的直流母线的正负端子,将电梯节能回馈装置的交流回馈输出端子“A”、“B”、“C”连接到变频器的交流电源上即可。

          注意

          (1)、接线时,应注意电梯节能回馈装置直流输入端子 “DC(-)的极性,如果极性接反,可能会导致设备损坏甚至有引起火灾的危险。

          (2)、为了防止漏电对人体的伤害,应该将电梯节能回馈装置的接地端子“PE”可靠接地。

          (3)、电梯节能回馈装置会自动检测电网的相位并自动与电网同步工作,因此电梯节能回馈装置的交流回馈输出端子“A”、“B”、“C”与相应电网的A、B、C或变频器的输入R、S、T不用一一对应。严禁与电机侧及其他交流电路连接。

          3、电梯节能回馈装置安装使用操作流程

          n 送电

          (1)电梯节能回馈装置输出端加装了空气开关(QF)的情况下先合上电梯节能回馈装置输出端的空气开关(QF)。

          (2) 电梯总电源送电,5~10秒电梯节能柜面板显示。

          n 断电

          (1) 电梯总电源断电。

          (2) 电梯节能回馈装置输出端空气开关(QF)断开。

          n 注意事项

          (1) 在不断开电梯节能回馈装置的情况下严禁电梯总电源开关连续送电,送电时需电梯控制柜内部电压完全放掉才给电梯再次送电,这样可以避免电梯节能回馈装置内部的保险丝损坏。

          (2) 在通电状态下严禁直接断开电梯节能回馈装置输出端的空气开关(QF)。

          4、奥的斯品牌电梯在节能改造中存在问题

          (1)、进口奥的斯(OTIS)电梯,其控制柜有升压变压器将电压由380V变为490V供给变频器驱动系统,造成变频器的直流母线端电压为690V,与目前标准的380V回馈设备的使用电压不符合。

          因此,需要将主控电路板的动作电压值参数修改成690V、700V、710V、720V四个档位,同时LCL滤波电路中的电容也要放大耐压容量。

           


           

          (2)、使用意大利西威AVO无齿轮电梯专用变频器AVO3130-EBL BR4-0的奥的斯电梯(OH5100系列),在电梯上行时,变频器的直流电压从560V升至610V时,时间只有两三秒钟,该变频器内置制动单元就开始工作,给耗能电阻放电(245V/6A),使变频器的直流电压下降为420V,在刹车后期,直流电压瞬间升至670V再下降567V(停车状态) 。在电梯下行至刹车的直流电压也在552V至565V变化。

          五、IPC电梯节能回馈装置工作原理及特点

          1、IPC电梯节能回馈装置工作原理 PFE系列电梯能量回馈装置是加拿大技术制造的电梯专用高性能回馈制动单元。其工作原理:通过DSP数字中央处理器进行控制逻辑运算,采用双向自动电压跟踪技术自动实时检测变频器的直流母线电压及低压电网电压,再通过柔性双PWM脉宽调制技术将电梯变频器电容储存的再生电能转换成,与供电给该电梯变频控制系统的内部局域电网相同相位、相同频率、相同电压和相同相序的交流电源,让电梯变成绿色“发电厂”为内部局域电网的其他耗电设备供电,使内部局域电网的其他耗电设备不用向来自供电电网吸取电量。如在内部局域电网没有其他设备耗电,则提高内部局域电网的电压值,当电压值提高到变压器的空载电压值后,则向来自供电电网回馈电量。详情见下图:

           



           

          2、IPC电梯节能回馈装置特点

          (1)、采用柔性双PWM技术大幅降低机器运行噪声和温升,输出波形更完美;

          (2)、LCL滤波技术有效抑制了谐波和电磁干扰,使回馈的电能完全符合国家电网并网的要求,不会对电网造成污染。

          (3)、电梯节能回馈装置特有的“零点电流”处理技术,提高回馈电流过零时电流质量,提高轻载回馈稳定性和功率因数。

          (4)、电梯节能回馈装置内置熔断器,即使在输出短路的情况下也不会对原电梯系统造成损坏。

          (5)、电梯是涉及到人身安全的特种设备,在设计电梯节能回馈装置时已经充分考虑了安全问题。采用电梯节能回馈装置对电梯进行改造时,我们保留了电梯原来的控制方式,并且与原来的控制方式“互为冗余”。当电梯节能回馈装置出现了故障以后,立即切换到电梯原来的控制方式,并且维持原来的控制方式运行,因此,不会影响电梯系统的安全。

          六、变频器改造后的经济效益

          1、数据测量

          为了对电梯系统变频改造后的效果进行评价,在现场其中一台电梯上安装两台电度表,其中总耗电表采用是机械式的,节电表采用的是威胜DSS-333电能表测试,在系统投入正常运行一个月后对设备实际使用和节电情况进行了测定和数据分析。具体数据如下表:

          记录日期

          记录时间

          总耗电表读数

          节电表读数

          节电率

          电表读数(度)

          用电量(度)

          电表读数(度)

          用电量(度)

          2012.03.19

          10:00

          0.5

           

          0

             

          2012.03.20

          10:00

          49.2

          48.7

          17.2

          17.2

          26.10%

          2012.03.21

          10:00

          95.3

          46.1

          34.0

          16.8

          26.70%

          2012.03.22

          10:00

          142.8

          47.5

          51.8

          17.8

          27.25%

          2012.03.23

          10:00

          188.0

          45.2

          68.1

          16.3

          26.37%

          2012.03.24

          10:00

          230.8

          42.8

          83.9

          15.8

          26.96%

          2012.03.25

          10:00

          266.5

          35.7

          98.0

          14.1

          28.31%

          2012.03.26

          10:00

          295.9

          29.4

          108.2

          10.2

          25.75%

          合计

          295.4

           

          108.2

          26.87%

          备注:由于机械式电度表在回馈时会倒转,因此,需要加上节电表的读数值。

           

          2、节能收益

          通过对以上测试结果表明

          平均每周耗电量

          295.4度

          平均每周节能量

          108.2度

          平均节电率

          26.87%

          每年可节电量

          108.2度×52.14=5641.54度

          每年可节电费

          5641.54度×1元/度=5641.54元

          说明:1、电价按1元/度, 每年运行52.14周。

           

          按以上数字来分析,客户购买电梯能量回馈装置后,每部电梯周均节电108.2度,一年节省电费5641.54元。加上电梯房所节省的空调费用及其他不可计算的费用:减少购置空调费用;因为环境温度降低产品寿命延长,以及空调维护费用减少。

          七、结束语

          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。写字楼、商厦、酒店、高层住宅楼等等建筑物完全可以考虑安装电能回馈装置。它既可以节约用电同时又可以改善电梯工作环境增长电梯寿命。

          参考文献:

          [1] 《交流电动机变频调速节能技术指南》 国家经济贸易委员会节能信息传播中心编

          [2] 《PFE系列电梯节能装置用户手册》 深圳市合兴加能科技有限公司

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