Elevator energy-saving equipment suppliers remind you that with the continuous enhancement of environmental awareness, energy conservation and environmental protection have become a fundamental national policy with practical significance advocated by China. In today's increasingly competitive elevator industry, the adoption of new technologies, faster speeds, and heavier loads are the most prominent aspects that highlight product advantages. However, it cannot be denied that the economic and environmental benefits of elevators after they are put into use are also factors that must be considered when purchasing elevators.
1、 Basic Structure and Operating Status of Elevators
1. Basic structure of elevator
Nowadays, elevators are mainly composed of traction machine systems, guidance systems, car systems, and door systems. Composed of weight balance system, electric drive system, electrical control system, safety protection system, etc. These parts are installed in the shaft and machine room of the building respectively. Usually, steel wire rope transmission is used, with the steel wire rope winding around the traction wheel and connecting the car and counterweight at both ends. The traction machine drives the traction wheel to lift and lower the car.
2. Analysis of elevator operation status:
When the elevator runs upwards, it consumes energy, and when the elevator descends from a high place, it releases energy. The load dragged by the traction machine in the elevator is composed of the passenger car and the counterweight. In order to balance the drag load, the two are only balanced when the car load is added to 50% of the rated load of the car (for example, a passenger elevator with a load of 1050kg has about 7 passengers). Although this move changes the peak point of energy consumption, it cannot change the average energy consumption. In actual use, the frequency of occurrence of the weight of the counterweight is relatively low, as the weight of the car plus the weight of the passengers is exactly equal to the weight of the counterweight. So the operating state of elevators is basically in an unbalanced state, and it is also very likely that the car will descend when there are many passengers, and rise again when there are few or no passengers. If the first situation occurs when the gravitational potential energy of passengers is released, and the second situation occurs when the gravitational potential energy of the counterweight is released, due to the effect of the potential load, the speed is higher than the synchronous speed, that is, when n>no, the slip rate s=(no - n)/no<0, the rotor induced electromotive force is reversed, the stator winding feeds back electrical energy to the grid, and the T direction is opposite to the speed direction. The motor not only feeds back electrical energy, but also generates mechanical braking torque on the shaft. The sentence is:. However, due to the irreversibility of the AC/DC rectification circuit of the elevator's frequency converter, the generated electricity cannot be fed back to the grid, resulting in an increase in the voltage at both ends of the main circuit capacitor and the generation of "pump up voltage". Generally, variable frequency elevators use resistors to consume stored electrical energy in capacitors to prevent capacitor overvoltage. During elevator operation, these resistors emit a large amount of heat (with a surface temperature of over 100 ℃), and this wasted energy accounts for 25% to 45% of the total electricity consumption of the elevator. The energy consumption of resistors not only reduces the efficiency of the system, but also generates a large amount of heat that accelerates the flow of dust in the air of the machine room, adsorbs static electricity, and greatly affects the environment around the elevator control cabinet. At the same time, the increase in temperature will significantly shorten the service life of the original components of the elevator, and the aging and failure of the components will continue. In order to lower the temperature of the computer room to room temperature and prevent elevator malfunctions caused by high temperatures, users need to install air conditioners or fans with large exhaust volumes; In machine rooms with high elevator power, multiple air conditioners and fans often need to be started simultaneously. Make elevators and air conditioning the most energy consuming "electric tigers".
2、 Operating principle of elevator energy feedback device
To save energy in elevators, the key is to utilize the electrical energy generated by the traction machine during power generation. The energy generated by the braking resistor is then converted back into AC power through inversion, supplied to other electrical equipment, or fed back to the power grid. The general energy inversion efficiency is around 85%, and the energy consumption of the braking resistor mentioned above accounts for 25% to 45% of the total electricity consumption of the elevator. If the floor is higher or the elevator speed is faster, the feedback effect of electrical energy will be more obvious. The main circuit structure of the energy feedback system is mainly composed of filtering capacitors, three IGBT full bridges, series inductors, and peripheral circuits. The input end of the elevator energy feedback system is connected to the DC bus side of the elevator frequency converter, and the output end is connected to the grid side. When the elevator traction machine is operating in electric mode, all switches of the energy feedback system are in the off state. When the traction machine is operating in power generation mode, the pump voltage on the DC bus side of the frequency converter increases and meets other inversion conditions. After that, the energy feedback system starts to operate. As the current energy on the DC is fed back to the grid, the DC bus voltage decreases until it falls back to the set value, and the system stops working.
The active inverter that converts DC electrical energy into AC electrical energy is the essence of elevator energy feedback. The purpose is to feedback the electrical energy generated by the traction machine during power generation through the inverter, achieving energy conservation and avoiding pollution to the power grid caused by the inverter output. So in the process of energy feedback generated by traction machine power generation, four control conditions must be met in terms of phase, voltage, and current:
a) The system cannot be started casually. The inverter device will only start and provide energy feedback when the DC bus voltage exceeds the set value;
b) The inverter current must meet the demand for feedback power and cannot exceed the maximum current allowed by the inverter circuit;
c) The inverter process needs to be synchronized with the phase of the power grid, and the energy feedback to the power grid should be at the high voltage end of the power grid;
d) Minimize the pollution of the power grid caused by the inverter process as much as possible.
3、 Hardware Design of Elevator Energy Feedback System
1. Power inverter circuit
В схемата на силовия инвертор, постоянният ток, съхранен от страната на DC шината на честотния преобразувател на асансьора по време на работа на тяговата машина на асансьора в състояние на генериране на енергия, се преобразува в променлив ток чрез управление на включването/изключването на превключвателя. Това е основната верига на системата за обратна връзка по енергията на асансьора, която има различни структури според различните класификации на инверторните схеми. Чрез управление на включването/изключването на превключвателя, постоянният ток, съхранен от страната на DC шината на честотния преобразувател на асансьора по време на работа на тяговата машина в състояние на генериране на енергия, се преобразува в променлив ток. В една верига горният и долният превключвател на едно и също рамо на моста не могат да провеждат ток едновременно, а времето на провеждане и продължителността на всеки елемент се контролират съгласно алгоритъма за управление на инвертора.
2. Схема за синхронизация на мрежата
Управлението на фазовата синхронизация играе ключова роля за това дали асансьорът може ефективно да предава обратна връзка на енергията от DC шината към електрическата мрежа. Веригата за синхронизация на мрежата използва синхронизация на напрежението на мрежовата линия и за да се избегнат ефекти на мъртва зона по време на комутация, превключвателите работят на 120 градуса на едно и също рамо на моста. Логическата връзка между сигнала за синхронизация на мрежата и сигнала за пресичане на нулата на електрическата мрежа се получава чрез сравнител, а връзката между сигнала за синхронизация на мрежата на всяко превключващо устройство и напрежението на електрическата мрежа се получава чрез Multisim симулация. Всеки превключвател има работен ъгъл от 120 градуса и е разположен последователно на 60 градуса. По всяко време само две превключващи тръби в инверторния мост са проводими, което осигурява безопасна и надеждна работа. Освен това, всеки два превключвателя работят в най-високия диапазон на напрежение на електрическата мрежа, което води до висока ефективност на инвертора.
3. Схема за управление на откриването на напрежение
Поради високото напрежение от страната на DC шината на честотния преобразувател на асансьора, е необходимо първо да се използват резистори за разделяне на напрежението, а след това да се изолира и намали напрежението на шината чрез сензори за напрежение на Хол и да се преобразува в сигнал с ниско напрежение. В управляващата верига за откриване на напрежение е възприет метод за управление с проследяване на хистерезис, който добавя положителна обратна връзка на базата на компаратора и осигурява две стойности за сравнение за компаратора, а именно горната и долната прагова стойност. Реализирано чрез хардуерни схеми, управлението е едновременно бързо и точно. Управляващата верига за откриване на напрежение може не само да избегне моменталното наслагване на смущаващи сигнали върху сигнала за напрежение, причинявайки трептене на изходното състояние на компаратора, но и да предотврати твърде честото стартиране и затваряне на системата за енергийна обратна връзка.
4. Схема за управление на откриването на ток
В процеса на обратна връзка по енергия, токът трябва да отговаря на изискванията за мощност, а мощността, подавана обратно към мрежата, трябва да бъде по-голяма или равна на максималната мощност, когато тяговата машина е в състояние на генериране, в противен случай падът на напрежението на DC шината ще продължи да се покачва. Когато напрежението на електрическата мрежа е постоянно, мощността на обратна връзка по енергия на системата се определя от тока на обратна връзка. Освен това, токът на обратна връзка трябва да бъде ограничен в номиналния диапазон на превключвателя на захранването на инвертора. Освен това, реактивният дросел между електрическата мрежа и инвертора позволява преминаването на големи токове, като същевременно се минимизира обемът на реактора. Следователно, индуктивността на реактора трябва да бъде малка, за да се осигури обратна връзка по енергия. Скоростта на промяна на тока е много бърза. Едновременното използване на управление на токовия хистерезис може ефективно да контролира тока на обратна връзка и да предотврати аварии, причинени от претоварване по ток.
5. Главна управляваща верига
Централният процесор на системата за обратна връзка по енергията на асансьора е основната управляваща верига, която се използва за управление на работата на цялата система. Основната управляваща верига се състои от микроконтролер и периферни схеми, които генерират високопрецизни PWM вълни, базирани на алгоритми за управление; От друга страна, базирано на сигнала за синхронизация на мрежата, IPM контролът на повреди осигурява безопасното и ефективно изпълнение на целия процес на обратна връзка по енергия.
6. Схема за управление на логическата защита
Синхронизационният сигнал за мрежово свързване, управляващите сигнали за напрежение и ток, сигналът за повреда на IPM и изходният сигнал за задвижване от главната управляваща верига трябва да преминат през управляващата верига за логическа защита за логическа работа и накрая да бъдат изпратени към веригата на силовия инвертор, за да се контролира процесът на обратна връзка. По този начин може да се гарантира, че изходният променливотоков ток от инвертора е синхронизиран с мрежата, а също така да се блокира задвижващият сигнал в случай на претоварване по ток, пренапрежение, поднапрежение и повреди на IPM във веригата, спирайки процеса на обратна връзка по енергия.
Поради факта, че системата за обратна връзка за енергията на асансьора се стартира само когато тяговата машина е в състояние на генериране, нейният експлоатационен живот е по-дълъг от този на асансьора. От това може да се види, че прилагането на системи за обратна връзка за енергията на асансьора, по отношение на принципите, енергоспестяващите ефекти и производителността, си струва да се насърчава енергично в днешната все по-оскъдна енергийна среда. Това не само създава здравословна и зелена енергоспестяваща среда, но и отговаря на призива на страната и правителството за пестене на енергия и намаляване на потреблението, както и за изграждане на общество, ориентирано към опазване на околната среда, допринасяйки за усилията на страната за пестене на енергия и намаляване на емисиите.