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:
エレベーターは上昇するときにエネルギーを消費し、高所から下降するときにエネルギーを放出します。エレベーター内で牽引機が引きずる荷重は、乗用車とカウンターウェイトで構成されています。引きずり荷重をバランスさせるために、かご荷重をかご定格荷重の 50% に追加して初めて両者はバランスします (たとえば、荷重 1050kg の乗用エレベーターには約 7 人の乗客がいます)。この動きはエネルギー消費のピークポイントを変更しますが、平均エネルギー消費を変更することはできません。実際の使用では、かごの重量と乗客の重量の合計がカウンターウェイトの重量と正確に等しいため、カウンターウェイトの重量の発生頻度は比較的低くなります。そのため、エレベーターの運転状態は基本的にアンバランスな状態にあり、乗客が多いときにかごが下降し、乗客が少ないまたはまったくいないときにかごが再び上昇する可能性も高くなります。乗客の重力による位置エネルギーが解放される第1の状況と、カウンターウェイトの重力による位置エネルギーが解放される第2の状況が発生した場合、位置負荷の影響により、速度が同期速度よりも高くなる、つまりn>noのとき、滑り率s=(no - n)/no<0となり、回転子の誘導起電力が反転し、固定子巻線は電力系統に電気エネルギーをフィードバックし、T方向は速度方向と逆になります。モータは電気エネルギーをフィードバックするだけでなく、軸に機械的な制動トルクを発生させます。文は次のようになります。しかし、エレベーターの周波数変換器の交流/直流整流回路は不可逆であるため、発電した電気を電力系統にフィードバックすることができず、主回路コンデンサの両端電圧が上昇し、「ポンプアップ電圧」が発生します。一般的に、可変周波数エレベーターは、コンデンサの過電圧を防ぐために、抵抗器を用いてコンデンサに蓄積された電気エネルギーを消費します。エレベーターの運転中、これらの抵抗器は大量の熱（表面温度100℃以上）を放出し、この無駄なエネルギーはエレベーターの総消費電力の25％から45％を占めています。抵抗器のエネルギー消費はシステムの効率を低下させるだけでなく、大量の熱を発生させ、機械室の空気中の塵埃の流れを加速させ、静電気を吸着し、エレベーター制御盤周辺の環境に大きな影響を与えます。同時に、温度上昇はエレベーターの元の部品の耐用年数を大幅に短縮し、部品の老朽化と故障が進行します。コンピューター室の温度を室温まで下げ、高温によるエレベーターの故障を防ぐために、ユーザーは排気量の大きいエアコンやファンを設置する必要があります。エレベーターの出力が大きい機械室では、複数のエアコンやファンを同時に起動する必要があることがよくあります。エレベーターとエアコンは、最もエネルギーを消費する「電気の虎」です。
2、エレベーターエネルギーフィードバック装置の動作原理
エレベーターの省エネを実現するには、巻上機が発電時に発電する電気エネルギーを有効活用することが鍵となります。制動抵抗器で発生したエネルギーは、逆変換によって交流電力に変換され、他の電気機器に供給されたり、電力網にフィードバックされたりします。一般的なエネルギー変換効率は約85％で、前述の制動抵抗器のエネルギー消費はエレベーターの総消費電力の25％～45％を占めています。階数が高い場合やエレベーターの速度が速い場合、電気エネルギーのフィードバック効果はより顕著になります。エネルギーフィードバックシステムの主回路構造は、主にフィルタリングコンデンサ、3つのIGBTフルブリッジ、直列インダクタ、および周辺回路で構成されています。エレベーターエネルギーフィードバックシステムの入力端はエレベーター周波数変換器のDCバス側に接続され、出力端は電力網側に接続されます。エレベーター巻上機が電動モードで動作している場合、エネルギーフィードバックシステムのすべてのスイッチはオフ状態になります。巻上機が発電モードで運転している場合、周波数変換器の直流バス側のポンプ電圧が上昇し、その他の反転条件を満たすと、エネルギーフィードバックシステムが作動を開始します。直流バスの電流エネルギーが系統にフィードバックされると、直流バス電圧は設定値まで低下し、システムは停止します。
直流電気エネルギーを交流電気エネルギーに変換するアクティブインバータは、エレベーターのエネルギーフィードバックの核心です。その目的は、巻上機の発電時に発生した電気エネルギーをインバータを介してフィードバックすることで、省エネを実現し、インバータ出力による電力網への汚染を回避することです。そのため、巻上機の発電によって発生したエネルギーをフィードバックするプロセスでは、位相、電圧、電流の4つの制御条件を満たす必要があります。
a) システムは不用意に起動することはできません。インバータ装置は、DCバス電圧が設定値を超えた場合にのみ起動し、エネルギーフィードバックを提供します。
b) インバータ電流はフィードバック電力の需要を満たす必要があり、インバータ回路で許容される最大電流を超えてはなりません。
c) インバータプロセスは電力網の位相と同期する必要があり、電力網へのエネルギーフィードバックは電力網の高電圧端で行う必要があります。
d) インバータプロセスによって引き起こされる電力網の汚染を可能な限り最小限に抑えます。
3、エレベーターエネルギーフィードバックシステムのハードウェア設計
1. 電力インバータ回路
電力変換回路は、エレベーター巻上機が発電状態で運転中にエレベーター周波数変換器の直流バス側に蓄えられた直流を、スイッチのオン/オフを制御することで交流に変換する。これはエレベーターエネルギーフィードバックシステムの主回路であり、インバータ回路の分類によって構造が異なっている。スイッチのオン/オフを制御することで、巻上機が発電状態で運転中にエレベーター周波数変換器の直流バス側に蓄えられた直流電力を交流電力に変換する。回路において、同一ブリッジアーム上の上下のスイッチは同時に導通することはできず、各スイッチの導通時間と持続時間はインバータ制御アルゴリズムに従って制御される。
2. グリッド同期回路
位相同期制御は、エレベーターがDCバスのエネルギーを電力網に効果的にフィードバックできるかどうかに重要な役割を果たします。 グリッド同期回路はグリッドライン電圧同期を採用しており、整流中のデッドゾーンの影響を回避するために、同じブリッジアームでスイッチを120度で操作します。 グリッド同期信号と電力網のゼロクロス信号との論理関係はコンパレータを介して取得され、各スイッチングデバイスのグリッド同期信号と電力網電圧との関係は、Multisimシミュレーションによって取得されます。 各スイッチの動作角度は120度で、60度間隔で順番に配置されています。 インバータブリッジ内のスイッチチューブは常に2つだけが導通しているため、安全で信頼性の高い動作が保証されます。 さらに、2つのスイッチはそれぞれ電力網ラインの最高電圧範囲で動作するため、インバータの効率が高くなります。
3.電圧検出制御回路
エレベーター周波数変換器のDCバス側の電圧が高いため、まず抵抗器で分圧し、次にホール電圧センサーでバス電圧を分離・降圧し、低電圧信号に変換する必要があります。電圧検出制御回路では、ヒステリシストラッキング比較制御方式を採用しています。この方式は、コンパレータを基準に正帰還を加え、コンパレータに上限閾値と下限閾値という2つの比較値を提供します。ハードウェア回路で実装されているため、制御は高速かつ正確です。電圧検出制御回路は、電圧信号に干渉信号が瞬間的に重畳してコンパレータの出力状態が揺れ動くのを防ぐだけでなく、エネルギーフィードバックシステムの起動と停止が頻繁に発生するのを防ぎます。
4.電流検出制御回路
エネルギーフィードバックの過程では、電流がその電力要件を満たす必要があり、トラクタが発電状態にあるときにグリッドにフィードバックされる電力は最大電力以上でなければなりません。そうでない場合、DCバスの電圧降下は上昇し続けます。電力網の電圧が一定の場合、システムのエネルギーフィードバック電力はフィードバック電流によって決まります。さらに、フィードバック電流は、インバータ電力スイッチデバイスの定格範囲内に制限する必要があります。さらに、電力網とインバータ間のリアクタンスチョークは、リアクタの体積を最小限に抑えながら大電流を通過させます。したがって、エネルギーフィードバックを確実にするために、リアクタのインダクタンスは小さな値でなければなりません。電流の変化速度は非常に速いです。同時に電流ヒステリシス制御を使用することで、フィードバック電流を効果的に制御し、過電流事故を防ぐことができます。
5.主制御回路
エレベーターエネルギーフィードバックシステムの中央処理装置は、システム全体の動作を制御する主制御回路です。主制御回路はマイクロコントローラと周辺回路で構成され、制御アルゴリズムに基づいて高精度のPWM波形を生成します。一方、グリッド同期信号に基づくIPM障害制御は、エネルギーフィードバックプロセス全体の安全かつ効果的な実行を保証します。
6. ロジック保護制御回路
主制御回路から出力される系統連系同期信号、電圧・電流制御信号、IPM故障信号、駆動信号はすべて、論理保護制御回路を通過して論理演算され、最終的に電力インバータ回路に送られ、フィードバックプロセスを制御します。これにより、インバータからの交流電力出力が系統と同期していることを保証し、回路内で過電流、過電圧、不足電圧、IPM故障が発生した場合に駆動信号を遮断し、エネルギーフィードバックプロセスを停止します。
エレベーターのエネルギーフィードバックシステムは、巻上機が発電状態にある場合にのみ起動するため、エレベーター本体よりも長寿命です。このことから、エレベーターのエネルギーフィードバックシステムの応用は、原理、省エネ効果、そして性能の面で、今日のますます不足するエネルギー環境において積極的に推進する価値があることがわかります。これは、健全で良好なグリーン省エネ環境を創出するだけでなく、国や政府の省エネ・消費削減、そして省エネルギー型社会の構築という要請に応え、国の省エネ・排出削減の取り組みに貢献するものです。