I fornitori di apparecchiature per il risparmio energetico degli ascensori ricordano che, con il continuo miglioramento della consapevolezza ambientale, il risparmio energetico e la tutela dell'ambiente sono diventati una politica nazionale fondamentale con un'importanza pratica, sostenuta anche dalla Cina. Nell'attuale settore degli ascensori, sempre più competitivo, l'adozione di nuove tecnologie, velocità più elevate e carichi più pesanti sono gli aspetti più importanti che evidenziano i vantaggi dei prodotti. Tuttavia, è innegabile che anche i vantaggi economici e ambientali degli ascensori dopo la loro messa in servizio siano fattori da considerare al momento dell'acquisto.
1、 Struttura di base e stato operativo degli ascensori
1. Struttura di base dell'ascensore
Oggigiorno, gli ascensori sono composti principalmente da sistemi di trazione, sistemi di guida, sistemi di cabina e sistemi di porte. Sono composti da un sistema di bilanciamento del peso, un sistema di azionamento elettrico, un sistema di controllo elettrico, un sistema di protezione di sicurezza, ecc. Questi componenti sono installati rispettivamente nel vano di corsa e nella sala macchine dell'edificio. Solitamente, la trasmissione avviene tramite fune d'acciaio, che si avvolge attorno alla ruota di trazione e collega la cabina al contrappeso alle due estremità. La macchina di trazione aziona la ruota di trazione per sollevare e abbassare la cabina.
2. Analisi dello stato di funzionamento dell'ascensore:
Quando l'ascensore sale, consuma energia, e quando scende da un punto elevato, la rilascia. Il carico trascinato dalla macchina di trazione nell'ascensore è composto dalla cabina passeggeri e dal contrappeso. Per bilanciare il carico trascinato, i due si bilanciano solo quando il carico della cabina viene aggiunto al 50% della portata nominale della cabina (ad esempio, un ascensore per passeggeri con un carico di 1050 kg ha circa 7 passeggeri). Sebbene questo spostamento modifichi il punto di picco del consumo energetico, non può modificare il consumo energetico medio. Nell'uso reale, la frequenza di occorrenza del peso del contrappeso è relativamente bassa, poiché il peso della cabina più il peso dei passeggeri è esattamente uguale al peso del contrappeso. Quindi, lo stato operativo degli ascensori è sostanzialmente in uno stato di squilibrio, ed è anche molto probabile che la cabina scenda quando ci sono molti passeggeri e risalga quando ce ne sono pochi o nessuno. Se la prima situazione si verifica quando viene rilasciata l'energia potenziale gravitazionale dei passeggeri e la seconda situazione si verifica quando viene rilasciata l'energia potenziale gravitazionale del contrappeso, a causa dell'effetto del carico potenziale, la velocità è superiore alla velocità sincrona, ovvero, quando n>no, il tasso di scorrimento s=(no - n)/no<0, la forza elettromotrice indotta dal rotore viene invertita, l'avvolgimento dello statore restituisce energia elettrica alla rete e la direzione T è opposta alla direzione della velocità. Il motore non solo restituisce energia elettrica, ma genera anche una coppia frenante meccanica sull'albero. La frase è: Tuttavia, a causa dell'irreversibilità del circuito di raddrizzamento CA/CC del convertitore di frequenza dell'ascensore, l'elettricità generata non può essere restituita alla rete, con conseguente aumento della tensione a entrambe le estremità del condensatore del circuito principale e generazione di una "tensione di pompaggio". Generalmente, gli ascensori a frequenza variabile utilizzano resistori per consumare l'energia elettrica immagazzinata nei condensatori per evitare sovratensioni. Durante il funzionamento dell'ascensore, queste resistenze emettono una grande quantità di calore (con una temperatura superficiale superiore a 100 °C) e questo spreco di energia rappresenta dal 25% al 45% del consumo elettrico totale dell'ascensore. Il consumo energetico delle resistenze non solo riduce l'efficienza del sistema, ma genera anche una grande quantità di calore che accelera il flusso di polvere nell'aria della sala macchine, assorbe l'elettricità statica e influisce notevolmente sull'ambiente circostante il quadro elettrico dell'ascensore. Allo stesso tempo, l'aumento di temperatura ridurrà significativamente la durata dei componenti originali dell'ascensore, che continueranno a invecchiare e guastarsi. Per abbassare la temperatura della sala computer a temperatura ambiente e prevenire malfunzionamenti dell'ascensore causati da temperature elevate,Gli utenti devono installare condizionatori o ventilatori con grandi volumi di scarico; nelle sale macchine con ascensori ad alta potenza, spesso è necessario avviare contemporaneamente più condizionatori e ventilatori. Rendere gli ascensori e i condizionatori le "tigri elettriche" più energivore.
2、 Principio di funzionamento del dispositivo di feedback energetico dell'ascensore
Per risparmiare energia negli ascensori, la chiave è utilizzare l'energia elettrica generata dalla macchina di trazione durante la generazione di energia. L'energia generata dalla resistenza di frenatura viene quindi riconvertita in corrente alternata tramite inversione, fornita ad altre apparecchiature elettriche o reimmessa nella rete elettrica. L'efficienza generale dell'inversione energetica è di circa l'85% e il consumo energetico della resistenza di frenatura sopra menzionata rappresenta dal 25% al 45% del consumo elettrico totale dell'ascensore. Se il piano è più alto o la velocità dell'ascensore è maggiore, l'effetto di feedback dell'energia elettrica sarà più evidente. La struttura del circuito principale del sistema di feedback energetico è composta principalmente da condensatori di filtraggio, tre ponti completi IGBT, induttori in serie e circuiti periferici. L'estremità di ingresso del sistema di feedback energetico dell'ascensore è collegata al lato bus CC del convertitore di frequenza dell'ascensore e l'estremità di uscita è collegata al lato rete. Quando la macchina di trazione dell'ascensore funziona in modalità elettrica, tutti gli interruttori del sistema di feedback energetico sono spenti. Quando la macchina di trazione funziona in modalità di generazione di energia, la tensione della pompa sul lato bus CC del convertitore di frequenza aumenta e soddisfa altre condizioni di inversione. Successivamente, il sistema di retroazione energetica inizia a funzionare. Man mano che l'energia corrente sul lato CC viene reimmessa in rete, la tensione del bus CC diminuisce fino a tornare al valore impostato, dopodiché il sistema smette di funzionare.
L'inverter attivo che converte l'energia elettrica in corrente continua (CC) in corrente alternata (CA) è l'essenza del feedback energetico dell'ascensore. Lo scopo è quello di retroazionare l'energia elettrica generata dalla macchina di trazione durante la generazione di energia attraverso l'inverter, ottenendo un risparmio energetico ed evitando l'inquinamento della rete elettrica causato dall'uscita dell'inverter. Pertanto, nel processo di retroazione dell'energia generata dalla generazione di energia della macchina di trazione, devono essere soddisfatte quattro condizioni di controllo in termini di fase, tensione e corrente:
a) Il sistema non può essere avviato casualmente. Il dispositivo inverter si avvierà e fornirà un feedback energetico solo quando la tensione del bus CC supera il valore impostato;
b) La corrente dell'inverter deve soddisfare la richiesta di potenza di feedback e non può superare la corrente massima consentita dal circuito dell'inverter;
c) Il processo dell'inverter deve essere sincronizzato con la fase della rete elettrica e il feedback energetico alla rete elettrica deve essere all'estremità ad alta tensione della rete elettrica;
d) Ridurre al minimo l'inquinamento della rete elettrica causato dal processo di inverter.
3、 Progettazione hardware del sistema di feedback energetico dell'ascensore
1. Circuito inverter di potenza
Nel circuito dell'inverter di potenza, la corrente continua immagazzinata sul lato bus CC del convertitore di frequenza dell'ascensore durante il funzionamento della macchina di trazione dell'ascensore nello stato di generazione di energia viene convertita in corrente alternata controllando l'accensione/spegnimento dell'interruttore. È il circuito principale del sistema di retroazione dell'energia dell'ascensore, che presenta strutture diverse a seconda delle diverse classificazioni dei circuiti inverter. Controllando l'accensione/spegnimento dell'interruttore, la potenza CC immagazzinata sul lato bus CC del convertitore di frequenza dell'ascensore durante il funzionamento della macchina di trazione nello stato di generazione di energia viene convertita in corrente alternata. In un circuito, gli interruttori superiore e inferiore sullo stesso braccio del ponte non possono condurre contemporaneamente e il tempo e la durata di conduzione di ciascun elemento sono controllati in base all'algoritmo di controllo dell'inverter.
2. Circuito di sincronizzazione della griglia
Il controllo della sincronizzazione di fase gioca un ruolo chiave nel determinare se l'ascensore riesce a trasmettere efficacemente l'energia sul bus CC alla rete elettrica. Il circuito di sincronizzazione di rete adotta la sincronizzazione della tensione di rete e, per evitare effetti di zona morta durante la commutazione, gli interruttori vengono azionati a 120 gradi sullo stesso braccio del ponte. La relazione logica tra il segnale di sincronizzazione di rete e il segnale di passaggio per lo zero della rete elettrica viene ottenuta tramite un comparatore, mentre la relazione tra il segnale di sincronizzazione di rete di ciascun dispositivo di commutazione e la tensione di rete elettrica viene ottenuta tramite simulazione Multisim. Ogni interruttore ha un angolo di lavoro di 120 gradi ed è distanziato di 60 gradi in sequenza. In qualsiasi momento, solo due tubi di commutazione nel ponte dell'inverter sono conduttivi, garantendo un funzionamento sicuro e affidabile. Inoltre, ogni due interruttori opera nell'intervallo di tensione più elevato della rete elettrica, con conseguente elevata efficienza dell'inverter.
3. Circuito di controllo del rilevamento della tensione
A causa dell'alta tensione sul lato bus CC del convertitore di frequenza dell'ascensore, è necessario utilizzare innanzitutto dei resistori per la divisione della tensione, quindi isolare e ridurre la tensione del bus tramite sensori di tensione Hall e convertirla in un segnale a bassa tensione. Nel circuito di controllo del rilevamento della tensione, viene adottato il metodo di controllo del confronto con inseguimento dell'isteresi, che aggiunge un feedback positivo sulla base del comparatore e fornisce due valori di confronto per il comparatore, ovvero i valori di soglia superiore e inferiore. Implementato da circuiti hardware, il controllo è rapido e preciso. Il circuito di controllo del rilevamento della tensione non solo evita la sovrapposizione istantanea di segnali di interferenza sul segnale di tensione, causando oscillazioni dello stato di uscita del comparatore, ma impedisce anche al sistema di feedback energetico di avviarsi e chiudersi troppo frequentemente.
4. Circuito di controllo del rilevamento della corrente
Nel processo di feedback energetico, la corrente deve soddisfare il suo fabbisogno di potenza e la potenza immessa in rete deve essere maggiore o uguale alla potenza massima quando la macchina di trazione è in stato di generazione, altrimenti la caduta di tensione sul bus CC continuerà ad aumentare. Quando la tensione della rete elettrica è costante, la potenza di feedback energetico del sistema è determinata dalla corrente di feedback. Inoltre, la corrente di feedback deve essere limitata entro l'intervallo nominale del dispositivo di commutazione di potenza dell'inverter. Inoltre, l'induttanza di reattanza tra la rete elettrica e l'inverter consente il passaggio di correnti elevate riducendo al minimo il volume del reattore. Pertanto, l'induttanza del reattore deve essere di valore ridotto per garantire il feedback energetico. La velocità di variazione della corrente è molto elevata. L'utilizzo simultaneo del controllo dell'isteresi di corrente può controllare efficacemente la corrente di feedback e prevenire incidenti da sovracorrente.
5. Circuito di controllo principale
L'unità di elaborazione centrale del sistema di feedback energetico dell'ascensore è il circuito di controllo principale, utilizzato per controllare il funzionamento dell'intero sistema. Il circuito di controllo principale è costituito da un microcontrollore e da circuiti periferici, che generano onde PWM ad alta precisione basate su algoritmi di controllo; D'altra parte, basandosi sul segnale di sincronizzazione della rete, il controllo dei guasti IPM garantisce l'implementazione sicura ed efficace dell'intero processo di feedback energetico.
6. Circuito di controllo della protezione logica
Il segnale di sincronizzazione per la connessione alla rete, i segnali di controllo per tensione e corrente, il segnale di guasto IPM e il segnale di azionamento in uscita dal circuito di controllo principale devono tutti passare attraverso il circuito di controllo della protezione logica per il funzionamento logico e infine essere inviati al circuito dell'inverter di potenza per controllare il processo di feedback. In questo modo, è possibile garantire che l'uscita di potenza CA dall'inverter sia sincronizzata con la rete e bloccare il segnale di azionamento in caso di sovracorrente, sovratensione, sottotensione e guasti IPM nel circuito, interrompendo il processo di feedback energetico.
Poiché il sistema di feedback energetico dell'ascensore si avvia solo quando la macchina di trazione è in stato di generazione, la sua durata utile è maggiore rispetto a quella dell'ascensore stesso. Da ciò si evince che l'applicazione dei sistemi di feedback energetico dell'ascensore, in termini di principi, effetti di risparmio energetico e prestazioni, merita di essere promossa con vigore nell'attuale contesto energetico sempre più scarso. Ciò non solo crea un ambiente sano e sostenibile a basso consumo energetico, ma risponde anche alla richiesta del Paese e del governo di risparmio energetico e riduzione dei consumi, nonché alla costruzione di una società orientata alla conservazione, contribuendo agli sforzi del Paese per il risparmio energetico e la riduzione delle emissioni.