1.浙江湖州 313009；2.浙江省特种设备科学研究院 浙江 310000
摘要：电梯作为一种垂直运输工具，在人们的日常生活中发挥着不可替代的作用。随着电梯数量的不断增加，电梯能耗问题越来越受到人们的重视。面对日益强化的资源环境约束，人们的危机意识不断增强，绿色低碳发展理念深入人心。因此，利用能量回馈原理提高电梯的电能利用率具有重要意义。
关键词：电梯；能量回馈；原理；应用
电梯作为一种高能耗的特种设备，人们在享受电梯带来便利的同时，电梯的节能问题也越来越突出。而能量回馈技术是降低电梯能耗最具潜力的技术，它是将制动电阻原消耗的电能，通过逆变器转换为交流电能，送回交流电网进行再生运行或供附近其他用电设备使用，使电动机拖动系统单位时间内消耗的电能减少，以达到节约电能的目的。
一、电梯的概念
依照电梯在实际生活中的运用及特征，电梯的含义分为广义和狭义。狭义的电梯是指对规定楼层进行服务，具有轿厢等垂直或倾斜的升降设备，不包括自动人行道及自动扶梯等。对广义的电梯而言，其主要是指具有动力驱动，可沿着刚性导轨进行运行的箱体或沿着固定的线路进行运行的梯级、踏步等，可对人或货物进行升降或平行运送的机电设备。此外，按运行速度电梯可分为超高速、高速、快速及慢速几种类型。同时，还可按用途的不同加以区分，如客梯、观光梯等，随着科技的发展，还出现了一些较为特殊的电梯，如立体停车场中所使用的电梯等。
二、能量回馈原理
电梯作为垂直交通运输设备，其向上运送与向下运送的工作量大致相等，驱动电动机通常是工作在拖动耗电或制动发电状态下。当电梯轻载上行及重载下行及电梯平层前逐步减速时，驱动电动机工作在发电制动状态下。此时是将机械能转化为电能，过去这部分电能要么消耗在电动机的绕组中，要么消耗在外加的能耗电阻上。前者会引起驱动电动机严重发热，后者需要外接大功率制动电阻，不仅浪费了大量的电能，还会产生大量的热量，导致机房升温。有时候还需要增加空调降温，从而进一步增加了能耗。电能回馈技术利用变频器交-直-交的工作原理，将机械能产生的交流电(再生电能)转化为直流电，再通过电能回馈技术将直流电逆变成交流电回馈到电网，供电网其他设备使用，从而使总耗电量下降，以起到电梯节能的目的。
三、电梯能量回馈系统分类及应用
1、电阻耗能类。当前，主流电梯大多采用交流-直流-交流变频变压驱动交流电动机的控制系统，用不可控整流器整流，PWM逆变器同时变频。当电动机发电运行时，电动机处于再生发电制动状态，所产生的机械能能量通过电动机转换成电能、通过逆变器的6个续流二极管转化为变频器直流母线上的直流电能。由于该整流器的不可逆性，此时的逆变器处于整流状态，这些能量被临时存储在变频器直流回路的电容中，随着电梯工作时间的持续，若变频器中未采取耗能措施，储能电容中的电压越来越高，会导致过压故障，这部分能量就可能对变频器造成损坏，使电梯停止工作。目前，大多数变频调速电梯为了避免过压故障，通常在直流母线上增加能耗制动部分，通过制动单元将这部分能量以发热的方式消耗制动电阻上的能耗，这种能量的消耗方式是目前普遍的控制方式，对电梯发电没有回收利用，属于能耗较大的电梯控制方式。对低速和小载重量的电梯，这种控制方式已较成熟，但对高速大载重量电梯来说，电动机处于再生发电制动状态产生的能量巨大，若仅通过电阻来消耗，释放出的大量热量会影响其他元器件的正常工作；简单的能耗制动有时不能及时抑制快速制动产生的泵升电压，限制了制动性能的提高；另外，二极管不控整流电路的使用会对电网注入大量的谐波，造成电网污染，从而影晌环境。
2、增加逆变回馈装置类。若能通过某个方法或途径把再生能量利用起来,将其转变后再回收利用,就可实现节约电能的目的。
理想的方案是通过转换装置变换成与我国供电电网相同的正弦50Hz交流电后反馈给电网，把再生电能供电梯周边其他用电设备使用，使电动机拖动系统在单位时间消耗电网电能下降。于是一种能量回馈系统就应运而生，它是在电梯原有的变频器系统基础上直接在直流母线侧增加一组逆变回馈装置，以实现电动机制动时产生的再生能量在该装置控制下返回到电网。
该控制系统主要由4部分组成，左半部分是交直流回路整流器，它由不可控整流桥组成，采用电压源方式控制，中间直流环节用大容量电容构成电压源，右半部分为驱动控制逆变装置，这3部分构成了电梯的驱动控制系统。电动机在电动状态下工作时，由中间直流部分提供能量来满足驱动控制逆变器，这时电梯是重载上升及轻载下降，电动机消耗电能。而在电梯轻载上升及重载下降时，电梯势能通过电动机转变为再生能量，这时电动机处于发电状态，此时电动机的实际转速高于频率给定，从而被反拖制动运行，其产生再生电能经逆变器中的续流二极管向中间电容充电，当内部直流电压开始上升至设定工作电压，由于输入端整流桥二极管的单向导通作用，不可能让中间直流环节由系统所产生的电能向电网侧流动。直流电只有经回馈制动单元开始有源逆变回馈，把逆变的50Hz电能送到电网，以达到节能效果。IGBT(绝缘栅双极晶体管)是回馈制动单元内部的重要逆变元器件，它是将MOSFET和GTR集成在一个芯片上的复合器件，作用是将变频器侧过高的直流电能转换为正弦的50Hz交流电能后反馈给电网。尽管该装置内设有必要的过热、短路等保护，但依然存在烧毁变频器的风险，而且使系统回路变得复杂，体积增加，不能解决谐波污染问题，反馈后的电流波形若不平滑，会产生噪音，这也成为该类系统难以大量普及的原因。
3、双PWM变频器结构类。要消除上述逆变回馈装置类的负面影响，应考虑从网侧整流器入手，使能量双向流动。PWM控制整流是一种较好的技术性方案，对网侧整流器加以适当控制，实现网侧电流正弦化，以实现再生能量向电网回馈。另外，PWM是电力变换方式的一种，使用一定的脉冲，使其波长变长变短，来变换电流与电压的方式。
传统交-直-交电压型变频器的实现原理是三相交流电先通过整流器得到脉动直流电，再经电解电容平滑滤波，最后通过PWM控制逆变器输出电压、频率可调的交流电给电动机供电。虽具有成本低、结构简单、技术成熟等优点，但存在网侧谐波污染和无法实现能量的再生利用等问题。若用PWM整流器取代二极管整流器，不仅可实现交流电动机的四象限运行，以及网侧单位功率因数正弦波电流控制，还可使直流侧获得足够高且稳定的直流电压，从而改善了电动机的驱动性能。双PWM变频器的主回路由电抗器、PWM整流器、PWM逆变器和储能电容组成。其与传统变频器的主要区别是用6个全控型功率开关器件IGBT代替不控整流二极管，在电源与整流器间串接电抗器。
其工作原理为：当电动机处于电动状态时，电动机向电网吸收电能。能量由三相交流电网经PWM整流器和PWM逆变器向电动机供电。整流桥处于整流状态，PWM逆变器处于逆变状态。逆变器的IGBT在脉宽调制(PWM)控制下，以变频变压(WVF)方式工作，使变频器输出电压与工作频率成正比。这不仅使交流电动机得到了恒力矩特性，而且输入到电动机的电流正弦波，减少了高次谐波电流的损耗。
另外，电动机处于发电状态时，交流电动机将产生的能量经逆变器向中间直流环节的滤波电容充电。电容器两端的电压升高，当直流母线电压超过电网线电压值后；二极管整流桥反压阻断。电压继续上升，当它大于限值时，整流器IGBT在PWM控制下回馈给电网，并使回馈电网的电流与电网电压同频反相，使系统功率因数接近。
参考文献
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[2]吕英辉.能量回馈装置在电梯中的应用分析[J].中国仪器仪表,2014(07).
[3]汪安国.基于PWM整流器的电梯能量回馈系统的研究[J].电测与仪表,2015(10).
作者简介
洪月仙；女；浙江湖州人；从事机械制造与自动化方向工作；身份证号：3305011986****XXXX。