Dodavatelé energeticky úsporných zařízení pro výtahy vám připomínají, že s neustálým zvyšováním environmentálního povědomí se úspora energie a ochrana životního prostředí staly základní národní politikou s praktickým významem, kterou Čína prosazuje. V dnešním stále více konkurenčním odvětví výtahů jsou zavádění nových technologií, vyšší rychlosti a větší zatížení nejvýznamnějšími aspekty, které zdůrazňují výhody produktů. Nelze však popřít, že ekonomické a environmentální výhody výtahů po jejich uvedení do provozu jsou také faktory, které je třeba při nákupu výtahů zvážit.
1. Základní struktura a provozní stav výtahů
1. Základní konstrukce výtahu
V dnešní době se výtahy skládají hlavně ze systémů trakčních strojů, naváděcích systémů, kabinových systémů a dveřních systémů. Skládají se ze systému vyvažování hmotnosti, elektrického pohonného systému, elektrického řídicího systému, bezpečnostního ochranného systému atd. Tyto části jsou instalovány v šachtě a strojovně budovy. Obvykle se používá převod ocelovým lanem, které se navíjí kolem trakčního kola a spojuje kabinu s protizávažím na obou koncích. Trakční stroj pohání trakční kolo pro zvedání a spouštění kabiny.
2. Analýza provozního stavu výtahu:
Když výtah jede nahoru, spotřebovává energii a když výtah klesá z výšky, energii uvolňuje. Zatížení tažené trakčním strojem ve výtahu se skládá z kabiny a protizávaží. Aby se vyrovnalo tažené zatížení, jsou oba prvky vyváženy pouze tehdy, když se zatížení kabiny přičte k 50 % jmenovitého zatížení kabiny (například osobní výtah s zatížením 1050 kg má přibližně 7 cestujících). I když se tímto krokem změní maximální bod spotřeby energie, nemůže se změnit průměrná spotřeba energie. Ve skutečném provozu je frekvence výskytu hmotnosti protizávaží relativně nízká, protože hmotnost kabiny plus hmotnost cestujících se přesně rovná hmotnosti protizávaží. Provozní stav výtahů je tedy v podstatě nevyvážený a je také velmi pravděpodobné, že kabina bude klesat, když je v kabině mnoho cestujících, a znovu stoupat, když jich bude málo nebo žádní. Pokud nastane první situace, kdy se uvolní gravitační potenciální energie cestujících, a druhá situace nastane, když se uvolní gravitační potenciální energie protizávaží, v důsledku účinku potenciálního zatížení je rychlost vyšší než synchronní rychlost, tj. když n>no, rychlost skluzu s=(no - n)/no<0, elektromotorická síla indukovaná rotorem je obrácená, vinutí statoru dodává elektrickou energii zpět do sítě a směr T je opačný ke směru rychlosti. Motor nejen dodává elektrickou energii zpět, ale také generuje mechanický brzdný moment na hřídeli. Věta zní:. Vzhledem k nevratnosti usměrňovacího obvodu AC/DC frekvenčního měniče výtahu však nelze generovanou elektřinu dovádět zpět do sítě, což má za následek zvýšení napětí na obou koncích kondenzátoru hlavního obvodu a generování „pumpovacího napětí“. Výtahy s proměnnou frekvencí obecně používají rezistory ke spotřebě uložené elektrické energie v kondenzátorech, aby se zabránilo přepětí kondenzátorů. Během provozu výtahu tyto rezistory vyzařují velké množství tepla (s povrchovou teplotou přes 100 ℃) a tato plýtvání energií představuje 25 % až 45 % celkové spotřeby elektřiny výtahu. Spotřeba energie rezistorů nejen snižuje účinnost systému, ale také generuje velké množství tepla, které urychluje proudění prachu ve vzduchu ve strojovně, adsorbuje statickou elektřinu a výrazně ovlivňuje prostředí kolem rozvaděče výtahu. Zároveň zvýšení teploty výrazně zkrátí životnost původních součástí výtahu a jejich stárnutí a selhání bude pokračovat. Aby se snížila teplota v počítačové místnosti na pokojovou teplotu a zabránilo se poruchám výtahu způsobeným vysokými teplotami,Uživatelé potřebují instalovat klimatizace nebo ventilátory s velkým objemem odsávání. Ve strojovnách s vysokým výkonem výtahů je často nutné spustit více klimatizací a ventilátorů současně. Z výtahů a klimatizací se tak stávají energeticky nejnáročnější „električtí tygři“.
2. Princip fungování zařízení zpětné vazby energie výtahu
Pro úsporu energie ve výtazích je klíčové využít elektrickou energii generovanou trakčním strojem během výroby energie. Energie generovaná brzdným rezistorem se poté inverzí přeměňuje zpět na střídavý proud, dodává se do jiných elektrických zařízení nebo se vrací zpět do elektrické sítě. Obecná účinnost inverze energie je kolem 85 % a spotřeba energie výše uvedeného brzdného rezistoru představuje 25 % až 45 % celkové spotřeby elektřiny výtahu. Pokud je patro vyšší nebo je rychlost výtahu vyšší, bude zpětnovazební efekt elektrické energie zřetelnější. Struktura hlavního obvodu systému zpětnovazební energie se skládá převážně z filtračních kondenzátorů, tří IGBT můstků, sériových induktorů a periferních obvodů. Vstupní konec systému zpětnovazební energie výtahu je připojen ke straně stejnosměrné sběrnice frekvenčního měniče výtahu a výstupní konec je připojen ke straně sítě. Když trakční stroj výtahu pracuje v elektrickém režimu, všechny spínače systému zpětnovazební energie jsou ve vypnutém stavu. Když trakční stroj pracuje v režimu výroby energie, napětí čerpadla na straně stejnosměrné sběrnice frekvenčního měniče se zvyšuje a splňuje další podmínky inverze. Poté se spustí systém zpětné vazby energie. Jakmile se aktuální energie na stejnosměrném proudu vrátí zpět do sítě, napětí na stejnosměrné sběrnici klesá, dokud neklesne zpět na nastavenou hodnotu, a systém přestane fungovat.
Podstatou zpětné vazby energie výtahu je aktivní střídač, který převádí stejnosměrnou elektrickou energii na střídavou. Účelem je zpětně převádět elektrickou energii generovanou trakčním strojem během výroby energie prostřednictvím střídače, čímž se dosahuje úspory energie a zabraňuje znečištění elektrické sítě způsobenému výstupem střídače. V procesu zpětné vazby energie generované trakčním strojem musí být tedy splněny čtyři podmínky řízení, pokud jde o fázi, napětí a proud:
a) Systém nelze spustit náhodně. Měnič se spustí a poskytne zpětnou vazbu energie pouze tehdy, když napětí stejnosměrné sběrnice překročí nastavenou hodnotu;
b) Proud střídače musí splňovat požadavky na zpětnovazební výkon a nesmí překročit maximální proud povolený obvodem střídače;
c) Proces střídače musí být synchronizován s fází elektrické sítě a zpětná vazba energie do elektrické sítě by měla být na konci vysokého napětí elektrické sítě;
d) Co nejvíce minimalizujte znečištění elektrické sítě způsobené procesem střídače.
3. Návrh hardwaru systému zpětné vazby energie výtahu
1. Obvod měniče výkonu
V obvodu výkonového měniče se stejnosměrný proud uložený na straně stejnosměrné sběrnice frekvenčního měniče výtahu během provozu trakčního stroje výtahu ve stavu výroby energie přeměňuje na střídavý proud ovládáním spínače. Jedná se o hlavní obvod systému zpětné vazby energie výtahu, který má různé struktury podle různých klasifikací obvodů měničů. Ovládáním spínače se stejnosměrný proud uložený na straně stejnosměrné sběrnice frekvenčního měniče výtahu během provozu trakčního stroje ve stavu výroby energie přeměňuje na střídavý proud. V obvodu horní a dolní spínač na stejném rameni můstku nemohou vést současně a doba vedení a trvání každé položky jsou řízeny podle algoritmu řízení měniče.
2. Obvod synchronizace sítě
Řízení fázové synchronizace hraje klíčovou roli v tom, zda je výtah schopen efektivně zpětně přenášet energii ze stejnosměrné sběrnice do elektrické sítě. Obvod synchronizace sítě využívá synchronizaci napětí sítě a aby se zabránilo efektům mrtvých zón během komutace, jsou spínače provozovány v úhlu 120 stupňů na stejném rameni můstku. Logický vztah mezi signálem synchronizace sítě a signálem průchodu nulou elektrické sítě se získává pomocí komparátoru a vztah mezi signálem synchronizace sítě každého spínacího zařízení a napětím elektrické sítě se získává pomocí simulace Multisim. Každý spínač má pracovní úhel 120 stupňů a je uspořádán v pořadí o 60 stupňů. V můstku střídače jsou v každém okamžiku vodivé pouze dvě spínací trubice, což zajišťuje bezpečný a spolehlivý provoz. Kromě toho každé dva spínače pracují v nejvyšším rozsahu napětí elektrické sítě, což vede k vysoké účinnosti střídače.
3. Obvod řízení detekce napětí
Vzhledem k vysokému napětí na straně stejnosměrné sběrnice frekvenčního měniče výtahu je nutné nejprve použít rezistory pro dělení napětí a poté izolovat a snížit napětí sběrnice pomocí Hallových napěťových senzorů a převést ho na nízkonapěťový signál. V řídicím obvodu detekce napětí je použita metoda řízení s hysterezním sledováním, která přidává kladnou zpětnou vazbu na základě komparátoru a poskytuje dvě porovnávací hodnoty pro komparátor, a to horní a dolní prahové hodnoty. Řízení je implementováno hardwarovými obvody a je rychlé a přesné. Řídicí obvod detekce napětí nejenže zabraňuje okamžité superpozici rušivých signálů na napěťovém signálu, což způsobuje chvění výstupního stavu komparátoru, ale také zabraňuje příliš častému spouštění a zapínání systému energetické zpětné vazby.
4. Obvod řízení detekce proudu
V procesu energetické zpětné vazby musí proud splňovat požadavky na výkon a výkon dodávaný zpět do sítě musí být větší nebo roven maximálnímu výkonu, když je trakční stroj v generátorovém stavu, jinak bude úbytek napětí na stejnosměrné sběrnici nadále stoupat. Pokud je napětí v elektrické síti konstantní, je výkon zpětné vazby systému určen zpětnovazebním proudem. Zpětnovazební proud musí být navíc omezen v rámci jmenovitého rozsahu spínacího zařízení měniče. Reaktanční tlumivka mezi elektrickou sítí a měničem navíc umožňuje průchod velkých proudů a zároveň minimalizuje objem reaktoru. Proto musí být indukčnost reaktoru malá, aby byla zajištěna energetická zpětná vazba. Rychlost změny proudu je velmi vysoká. Současné použití hysterezní regulace proudu může účinně řídit zpětnovazební proud a zabránit nadproudovým nehodám.
5. Hlavní řídicí obvod
Centrální procesorová jednotka systému zpětné vazby energie výtahu je hlavní řídicí obvod, který slouží k řízení provozu celého systému. Hlavní řídicí obvod se skládá z mikrokontroléru a periferních obvodů, které generují vysoce přesné PWM vlny na základě řídicích algoritmů. Na druhou stranu, na základě signálu synchronizace sítě, řízení poruch IPM zajišťuje bezpečnou a efektivní implementaci celého procesu zpětné vazby energie.
6. Obvod řízení logické ochrany
Synchronizační signál pro připojení k síti, řídicí signály pro napětí a proud, signál poruchy IPM a výstupní signál pohonu z hlavního řídicího obvodu musí pro logickou operaci projít obvodem logické ochrany a nakonec být odeslány do obvodu výkonového měniče pro řízení procesu zpětné vazby. Tímto způsobem lze zajistit synchronizaci výstupního střídavého proudu ze měniče se sítí a také blokovat signál pohonu v případě nadproudu, přepětí, podpětí a poruch IPM v obvodu, čímž se zastaví proces zpětné vazby energie.
Vzhledem k tomu, že systém zpětné vazby energie výtahu se spouští pouze tehdy, když je trakční stroj v generátorovém stavu, je jeho životnost delší než u výtahu. Z toho vyplývá, že použití systémů zpětné vazby energie výtahu, z hlediska principů, úsporných účinků a výkonu, se v dnešním stále vzácnějším energetickém prostředí vyplatí energicky podporovat. To nejen vytváří zdravé a ekologické prostředí pro úsporu energie, ale také reaguje na výzvu země a vlády k úsporám energie a snižování spotřeby a k budování společnosti orientované na ochranu přírody, což přispívá k úsilí země o úsporu energie a snižování emisí.