يُذكركم موردو معدات توفير الطاقة في المصاعد بأنه مع التزايد المستمر للوعي البيئي، أصبح الحفاظ على الطاقة وحماية البيئة سياسة وطنية أساسية ذات أهمية عملية، وتدعو إليها الصين. في ظل المنافسة المتزايدة في قطاع المصاعد اليوم، يُعدّ تبني التقنيات الجديدة، والسرعات العالية، والأحمال الثقيلة من أبرز الجوانب التي تُبرز مزايا المنتج. ومع ذلك، لا يُمكن إنكار الفوائد الاقتصادية والبيئية للمصاعد بعد استخدامها، والتي تُعدّ أيضًا عوامل يجب مراعاتها عند شراء المصاعد.
1. الهيكل الأساسي وحالة تشغيل المصاعد
1. الهيكل الأساسي للمصعد
تتكون المصاعد حاليًا بشكل رئيسي من أنظمة الجر، وأنظمة التوجيه، وأنظمة العربات، وأنظمة الأبواب. وتشمل هذه الأنظمة نظام موازنة الوزن، ونظام الدفع الكهربائي، ونظام التحكم الكهربائي، ونظام حماية السلامة، وغيرها. تُركّب هذه الأجزاء في عمود المصعد وغرفة الآلة في المبنى على التوالي. عادةً ما يُستخدم نظام نقل الحركة بحبل فولاذي، حيث يلتف الحبل حول عجلة الجر، ويربط العربة بثقل الموازنة من كلا الطرفين. تُحرّك آلة الجر عجلة الجر لرفع العربة وخفضها.
2. تحليل حالة تشغيل المصعد:
عندما يتحرك المصعد لأعلى، فإنه يستهلك طاقة، وعندما ينزل المصعد من مكان مرتفع، فإنه يطلق طاقة. يتكون الحمل الذي تسحبه آلة الجر في المصعد من عربة الركاب والوزن الموازن. من أجل موازنة حمل السحب، لا يتوازن الاثنان إلا عند إضافة حمل العربة إلى 50٪ من الحمل المقدر للعربة (على سبيل المثال، مصعد ركاب بحمولة 1050 كجم به حوالي 7 ركاب). على الرغم من أن هذه الحركة تغير نقطة ذروة استهلاك الطاقة، إلا أنها لا يمكن أن تغير متوسط استهلاك الطاقة. في الاستخدام الفعلي، يكون تكرار حدوث وزن الموازنة منخفضًا نسبيًا، حيث أن وزن العربة بالإضافة إلى وزن الركاب يساوي تمامًا وزن الموازنة. وبالتالي فإن حالة تشغيل المصاعد هي في الأساس في حالة غير متوازنة، ومن المحتمل جدًا أيضًا أن تنزل العربة عندما يكون هناك العديد من الركاب، وترتفع مرة أخرى عندما يكون هناك عدد قليل من الركاب أو لا يوجد ركاب. إذا حدث الوضع الأول عند تحرير طاقة الوضع الجاذبية للركاب، والوضع الثاني عند تحرير طاقة الوضع الجاذبية للثقل الموازن، فبسبب تأثير الحمل الكامن، تكون السرعة أعلى من السرعة المتزامنة، أي عندما تكون n>no، ومعدل الانزلاق s=(no - n)/no<0، تنعكس القوة الدافعة الكهربائية المُستحثة بواسطة الدوار، وتعيد لفات الجزء الثابت الطاقة الكهربائية إلى الشبكة، ويكون اتجاه T معاكسًا لاتجاه السرعة. لا يقوم المحرك بتغذية الطاقة الكهربائية فحسب، بل يُولّد أيضًا عزم كبح ميكانيكي على العمود. الجملة هي: . ومع ذلك، نظرًا لعدم انعكاس دائرة تصحيح التيار المتردد/المستمر لمحول تردد المصعد، لا يُمكن تغذية الكهرباء المُولّدة إلى الشبكة، مما يؤدي إلى زيادة الجهد عند طرفي مكثف الدائرة الرئيسية وتوليد "جهد ضخ". عادةً، تستخدم مصاعد التردد المتغير مقاومات لاستهلاك الطاقة الكهربائية المُخزّنة في المكثفات لمنع ارتفاع جهدها. أثناء تشغيل المصعد، تُصدر هذه المقاومات حرارةً عاليةً (تصل درجة حرارة سطحها إلى أكثر من ١٠٠ درجة مئوية)، وتُمثل هذه الطاقة المُهدرة ما بين ٢٥٪ و٤٥٪ من إجمالي استهلاك المصعد للكهرباء. لا يُقلل استهلاك المقاومات للطاقة من كفاءة النظام فحسب، بل يُولّد أيضًا حرارةً عاليةً تُسرّع من تدفق الغبار في هواء غرفة الماكينة، وتمتص الكهرباء الساكنة، وتُؤثر سلبًا على البيئة المحيطة بخزانة التحكم في المصعد. في الوقت نفسه، تُقلّل زيادة درجة الحرارة بشكل كبير من عمر خدمة المكونات الأصلية للمصعد، ويستمر تآكلها وتلفها. ولخفض درجة حرارة غرفة الحاسوب إلى درجة حرارة الغرفة ومنع أعطال المصعد الناتجة عن ارتفاع درجات الحرارة،يحتاج المستخدمون إلى تركيب مكيفات هواء أو مراوح ذات سحب هواء كبير؛ وفي غرف الآلات ذات الطاقة العالية للمصاعد، غالبًا ما يلزم تشغيل عدة مكيفات هواء ومراوح في آنٍ واحد. اجعل المصاعد وتكييف الهواء أكثر الأجهزة استهلاكًا للطاقة.
2. مبدأ تشغيل جهاز تغذية راجعة لطاقة المصعد
لتوفير الطاقة في المصاعد، يكمن السر في استغلال الطاقة الكهربائية المولدة من آلة الجر أثناء توليد الطاقة. تُحوّل الطاقة المولدة من مقاومة الكبح إلى طاقة تيار متردد من خلال عملية الانعكاس، وتُزوّد بمعدات كهربائية أخرى، أو تُعاد إلى شبكة الكهرباء. تبلغ كفاءة عكس الطاقة العامة حوالي 85%، ويمثل استهلاك طاقة مقاومة الكبح المذكورة أعلاه ما بين 25% و45% من إجمالي استهلاك الكهرباء للمصعد. كلما كان الطابق أعلى أو كانت سرعة المصعد أسرع، يكون تأثير التغذية الراجعة للطاقة الكهربائية أكثر وضوحًا. يتكون هيكل الدائرة الرئيسية لنظام التغذية الراجعة للطاقة بشكل أساسي من مكثفات ترشيح، وثلاثة جسور كاملة IGBT، ومحثات متسلسلة، ودوائر محيطية. يتصل طرف الإدخال لنظام التغذية الراجعة لطاقة المصعد بجانب ناقل التيار المستمر لمحول تردد المصعد، ويتصل طرف الإخراج بجانب الشبكة. عندما تعمل آلة الجر في الوضع الكهربائي، تكون جميع مفاتيح نظام التغذية الراجعة للطاقة في حالة إيقاف التشغيل. عند تشغيل آلة الجر في وضع توليد الطاقة، يرتفع جهد المضخة على جانب ناقل التيار المستمر لمحول التردد، ويلبي شروط عكسية أخرى. بعد ذلك، يبدأ نظام تغذية الطاقة. مع إعادة تغذية طاقة التيار المستمر إلى الشبكة، ينخفض جهد ناقل التيار المستمر حتى يعود إلى القيمة المحددة، ويتوقف النظام عن العمل.
يُعدّ العاكس النشط، الذي يُحوّل الطاقة الكهربائية المستمرة إلى طاقة كهربائية مترددة، جوهر التغذية الراجعة للطاقة في المصعد. ويهدف إلى تغذية الطاقة الكهربائية المُولّدة من آلة الجرّ أثناء توليد الطاقة عبر العاكس، مما يُحقق ترشيدًا للطاقة ويجنّب تلوث شبكة الكهرباء الناتج عن خرج العاكس. لذلك، في عملية التغذية الراجعة للطاقة المُولّدة من آلة الجرّ، يجب استيفاء أربعة شروط تحكم من حيث الطور والجهد والتيار:
أ) لا يُمكن تشغيل النظام تلقائيًا. سيبدأ جهاز العاكس العمل ويُوفر تغذية راجعة للطاقة فقط عندما يتجاوز جهد ناقل التيار المستمر القيمة المُحددة.
ب) يجب أن يلبي تيار العاكس الطلب على طاقة التغذية الراجعة ولا يمكن أن يتجاوز الحد الأقصى للتيار المسموح به بواسطة دائرة العاكس؛
ج) يجب أن تكون عملية العاكس متزامنة مع مرحلة شبكة الطاقة، ويجب أن تكون تغذية الطاقة إلى شبكة الطاقة في الطرف ذي الجهد العالي لشبكة الطاقة؛
د) التقليل قدر الإمكان من تلوث شبكة الطاقة الناتج عن عملية العاكس.
3. تصميم الأجهزة لنظام تغذية الطاقة للمصعد
1. دائرة عاكس الطاقة
في دائرة عاكس الطاقة، يُحوَّل التيار المستمر المُخزَّن على جانب ناقل التيار المستمر لمُحوِّل تردد المصعد أثناء تشغيل آلة الجر في حالة توليد الطاقة إلى تيار متردد عن طريق التحكم في تشغيل/إيقاف المفتاح. تُمثِّل هذه الدائرة الدائرة الرئيسية لنظام تغذية راجعة طاقة المصعد، والتي تختلف هياكلها وفقًا لتصنيفات دوائر العاكس. بالتحكم في تشغيل/إيقاف المفتاح، تُحوَّل طاقة التيار المستمر المُخزَّنة على جانب ناقل التيار المستمر لمُحوِّل تردد المصعد أثناء تشغيل آلة الجر في حالة توليد الطاقة إلى طاقة تيار متردد. في الدائرة، لا يُمكن للمفتاحين العلوي والسفلي على ذراع الجسر نفسه التوصيل في وقت واحد، ويتم التحكم في وقت ومدة التوصيل لكل عنصر وفقًا لخوارزمية التحكم في العاكس.
2. دائرة مزامنة الشبكة
يلعب التحكم في مزامنة الطور دورًا رئيسيًا في قدرة المصعد على تغذية الطاقة بفعالية من ناقل التيار المستمر إلى شبكة الطاقة. تعتمد دائرة مزامنة الشبكة على مزامنة جهد خط الشبكة، ولتجنب تأثيرات المنطقة الميتة أثناء التبديل، تعمل المفاتيح بزاوية 120 درجة على ذراع الجسر نفسه. يتم الحصول على العلاقة المنطقية بين إشارة مزامنة الشبكة وإشارة عبور الصفر لشبكة الطاقة من خلال مقارن، ويتم الحصول على العلاقة بين إشارة مزامنة الشبكة لكل جهاز تبديل وجهد شبكة الطاقة من خلال محاكاة Multisim. لكل مفتاح زاوية عمل 120 درجة ومسافة 60 درجة بالتتابع. في أي وقت، يكون أنبوبان فقط من مفاتيح جسر العاكس موصلين للكهرباء، مما يضمن التشغيل الآمن والموثوق. بالإضافة إلى ذلك، يعمل كل مفتاحين في أعلى نطاق جهد لخط شبكة الطاقة، مما يؤدي إلى كفاءة عالية للعاكس.
3. دائرة التحكم في الكشف عن الجهد
نظرًا لارتفاع الجهد على جانب ناقل التيار المستمر (DC Bus) لمحوّل تردد المصعد، من الضروري أولًا استخدام المقاومات لتقسيم الجهد، ثم عزل وخفض جهد الناقل عبر مستشعرات جهد هول، وتحويله إلى إشارة جهد منخفض. في دائرة التحكم بكشف الجهد، تُعتمد طريقة التحكم بمقارنة تتبع التباطؤ، مما يضيف تغذية راجعة إيجابية على أساس المُقارن، ويوفر قيمتين للمقارنة، وهما قيمتا العتبة العليا والدنيا. بفضل دوائر الأجهزة، يكون التحكم سريعًا ودقيقًا. لا تقتصر دائرة التحكم بكشف الجهد على تجنب التراكب اللحظي لإشارات التداخل على إشارة الجهد، مما يتسبب في اهتزاز حالة خرج المُقارن، بل تمنع أيضًا نظام تغذية الطاقة من التشغيل والإغلاق المتكرر.
4. دائرة التحكم في الكشف عن التيار
في عملية التغذية الراجعة للطاقة، يجب أن يلبي التيار متطلباته من الطاقة، ويجب أن تكون الطاقة المرتدة إلى الشبكة أكبر من أو تساوي الحد الأقصى للطاقة عندما تكون آلة الجر في حالة التوليد، وإلا سيستمر انخفاض الجهد على ناقل التيار المستمر في الارتفاع. عندما يكون جهد شبكة الطاقة ثابتًا، يتم تحديد طاقة التغذية الراجعة للنظام بواسطة تيار التغذية الراجعة. بالإضافة إلى ذلك، يجب أن يكون تيار التغذية الراجعة محدودًا ضمن النطاق المقنن لجهاز مفتاح طاقة العاكس. علاوة على ذلك، يسمح خانق المفاعلة بين شبكة الطاقة والعاكس بمرور تيارات كبيرة مع تقليل حجم المفاعل. لذلك، يجب أن تكون قيمة محاثة المفاعل صغيرة لضمان التغذية الراجعة للطاقة. سرعة تغير التيار سريعة جدًا. يمكن أن يؤدي استخدام التحكم في التباطؤ الحالي في نفس الوقت إلى التحكم الفعال في تيار التغذية الراجعة ومنع حوادث التيار الزائد.
5. دائرة التحكم الرئيسية
وحدة المعالجة المركزية لنظام تغذية راجعة طاقة المصعد هي دائرة التحكم الرئيسية، والتي تُستخدم للتحكم في تشغيل النظام بأكمله. تتكون دائرة التحكم الرئيسية من متحكم دقيق ودوائر محيطية، تُولّد موجات PWM عالية الدقة بناءً على خوارزميات تحكم. من ناحية أخرى، يضمن نظام التحكم في أعطال IPM، استنادًا إلى إشارة مزامنة الشبكة، التنفيذ الآمن والفعال لعملية تغذية راجعة الطاقة بأكملها.
6. دائرة التحكم في الحماية المنطقية
يجب أن تمر إشارة مزامنة توصيل الشبكة، وإشارات التحكم بالجهد والتيار، وإشارة عطل IPM، وإشارة التشغيل الصادرة من دائرة التحكم الرئيسية، عبر دائرة التحكم بالحماية المنطقية للتشغيل المنطقي، ثم تُرسل أخيرًا إلى دائرة عاكس الطاقة للتحكم في عملية التغذية الراجعة. بهذه الطريقة، يمكن ضمان مزامنة خرج طاقة التيار المتردد من العاكس مع الشبكة، وحجب إشارة التشغيل في حالة زيادة التيار، وزيادة الجهد، وانخفاض الجهد، وأعطال IPM في الدائرة، مما يوقف عملية التغذية الراجعة للطاقة.
لأن نظام تغذية راجعة لطاقة المصعد يبدأ فقط عندما تكون آلة الجر في حالة توليد، فإن عمره الافتراضي أطول من عمر المصعد. ومن هنا، يتضح أن تطبيق أنظمة تغذية راجعة لطاقة المصعد، من حيث مبادئها وفعاليتها في توفير الطاقة وأدائها، يستحق التشجيع والاهتمام في ظل بيئة الطاقة الشحيحة بشكل متزايد اليوم. فهذا لا يخلق بيئة صحية وخضراء موفرة للطاقة فحسب، بل يستجيب أيضًا لدعوة الدولة والحكومة إلى ترشيد استهلاك الطاقة وخفض الاستهلاك، وبناء مجتمع موجّه نحو ترشيد استهلاك الطاقة، مما يساهم في جهود الدولة في ترشيد استهلاك الطاقة وخفض الانبعاثات.