インバータエネルギーフィードバック装置のサプライヤーは、負荷を駆動する電動モーターのエネルギー消費が総消費電力の70%以上を占めていることを改めて認識しています。したがって、電動モーターとそれが駆動する負荷の省エネは、特に重要な社会的意義と経済的利益をもたらします。
電動モータとその負荷の省エネには、主に二つの方法があります。一つは、モータまたは負荷の運転効率を向上させることです。例えば、「メモリ脳」を搭載したエレベーターを設置することです。建物内では複数のエレベーターが同一方向に運行することが多く、多くの電力を消費します。エレベーターをスマート化し、省エネにするにはどうすればよいでしょうか？現代の制御技術は、この問題を既に解決していると言えます。「人工ニューロン」は情報処理と記憶のバンクのようなもので、エレベーターの運行状況を週単位で記録します。記録された情報に基づいて、「人工ニューロン」は最もエネルギー効率の高い運転モードを生成し、建物内の複数のエレベーターを制御し、明確な分担を実現することで、適切な時間に適切な位置に到着し、乗客の乗降を容易にし、エレベーターの起動回数を削減します。グループエレベーターの場合、省エネ効果は30%以上に達します。また、電動モーターの運転効率を向上させる省エネ対策としては、無人時のエレベーターの照明自動消灯、エスカレーターの自動停止や低速運転などが挙げられる。2つ目は、モーターが負荷に変換した機械エネルギーを再び電気エネルギーに変換し、電力網に送り返すことで、モーターと負荷の単位時間あたりの消費電力を削減し、省エネを実現する。エネルギーフィードバックは、2つ目のカテゴリーにおける典型的な節電装置である。
よく知られているように、電気モーターは負荷を回転させる際に機械的運動エネルギーを発生します。電気モーターが上下に移動する負荷（エレベーター、クレーン、貯水池のゲートなど）を牽引する場合、位置エネルギーが発生します。電気モーターが負荷を減速させると、その機械的運動エネルギーが放出されます。また、位置エネルギー負荷が運動中に減少すると（位置エネルギーが減少すると）、その機械的エネルギーも放出されます。この2つの機械的エネルギーを効果的に電気エネルギーに変換し、交流電力網に送り返すことができれば、省エネを実現できます。
エレベーターの省エネ分析
周波数変換速度制御を採用したエレベーターは、最高運転速度に達した後に最大の機械的運動エネルギーを持ちます。目標階に到達する前に、エレベーターは徐々に減速して停止する必要があります。このプロセスは、エレベーターの負荷が機械的運動エネルギーを放出する期間です。周波数変換器は、この期間の機械的エネルギーを電動モーターを介して電気エネルギーに変換し、周波数変換器のDCリンクの大容量コンデンサに蓄えることができます。このとき、大容量コンデンサは、貯蔵容量が限られた小型貯水池のようなものです。小型貯水池に注入された水が適時に排出されない場合、貯水池で溢れ事故が発生する可能性があります。同様に、コンデンサの電力が適時に放電されない場合、過電圧も発生する可能性があります。現在、周波数変換器のコンデンサを増幅する方法は、ブレーキユニットまたは外付けの高電力抵抗器を使用することであり、これにより、大容量コンデンサの電力が外付けの高電力抵抗器に無駄に使用されます。インバータは、大容量コンデンサに蓄えた電気を消費することなく電力網に戻すことができるため、省エネの目標を達成できるとともに、電気を消費して熱を発生する高出力抵抗器が不要になり、システムの動作環境が大幅に改善されます。
エレベーターは依然として潜在的な負荷であり、負荷を均等に引きずるために、エレベーターの負荷は乗用車とカウンターウェイトバランスブロックで構成されています。エレベーターかごの積載量が約50％（たとえば、乗客が約7人いる1000kgの乗用エレベーター）の場合にのみ、エレベーターかごのカウンターウェイトバランスブロックは、両側の質量の基本バランス状態になります。それ以外の場合、エレベーターかごとカウンターウェイトバランスブロックの間に質量差があり、エレベーターの運転中に機械的位置エネルギーが発生します。エレベーターの重い部品が上昇すると、電動モーターによって吸収され、電力網から変換される機械的位置エネルギーが増加します。エレベーターの重い部品が下降すると、機械的位置エネルギーが減少し、減少した機械的位置エネルギーが放出され、電気モーターを介して周波数変換器のDCリンクの大容量コンデンサに蓄えられた電気エネルギーに変換されます。その後、エネルギーフィードバック装置がこの電気エネルギーの一部を電力網に送り返します。
分析、計算、試作試験の結果、エレベーターの速度が速く、階数が高く、機械の回転消費量が少ないほど、電力網に還元できるエネルギー量が多くなることが分かりました。還元される電力量はエレベーターの総消費電力の約50%に達し、省エネ効率は約50%に達します。
上記の分析から、エネルギーフィードバック装置の使用は、エレベーターやクレーンなどの高速で上下に移動する機器において、顕著な省エネ効果をもたらすことが示唆されています。また、電気機関車やガントリープレーナーなど、頻繁に始動・制動を行う機器においても、顕著な省エネ効果があります。
省エネ機器の構造と基本制御原理
エネルギーフィードバック装置の主な回路構造を図 1 に示します。主に、3 相 IGBT (絶縁ゲート バイポーラ トランジスタ) フル ブリッジ、直列インダクタンス、フィルタリング コンデンサ、およびいくつかの周辺回路で構成されています。
エレベーターの省エネにおけるエネルギーフィードバック装置の応用
図1：PFEエネルギーフィードバック装置の主回路構造と接続方法図
出力端子はエレベーター周波数変換器の入力端子R、S、Tに接続されています。入力端には2つの絶縁ダイオードVD1とVD2が直列に接続され、周波数変換器のPNラインに接続されています。エレベーターが回生発電すると、エレベーター周波数変換器のバス電圧が上昇し、VD1とVD2を通過した後、フィードバック装置のバス電圧も上昇します。バス電圧が設定された開度値を超えると、フィードバック装置が作動し、電力系統側に電気エネルギーをフィードバックします。
エネルギーフィードバック装置の機能は、図2を使用して説明できます。制御回路（破線ボックス内）は、シングルチップのマイクロコンピュータプログラマブルロジックチップと周辺信号サンプラーで構成され、高度に冗長化されたソフトウェア設計と組み合わせることで、制御回路が三相AC電力網の位相シーケンス、位相、電圧、電流の瞬間値を自動的に識別し、IPM（インテリジェントパワーモジュール）がPWM状態で動作するように整然と制御し、DC電源をAC電力網に迅速に戻すことを保証します。
エレベーターの省エネにおけるエネルギーフィードバック装置の応用
図2 エネルギーフィードバック装置の機能ブロック図
現在、次のような特徴を持つエネルギー フィードバック デバイス製品が販売されています。
① 制動抵抗器等の発熱体の交換、熱源の除去、機械室環境の改善、モータや制御システム等の部品への高温による悪影響の低減、エレベーターの寿命延長。
② ポンプ電圧を瞬時に除去し、エレベーターのブレーキ性能を効果的に向上させ、エレベーターの快適性能を高めることができます。
③位相制御戦略を使用することで、エレベーターを駆動する周波数変換器の電力網への高調波干渉を効果的に抑制し、電力網を浄化することができます。
④ 出力電圧波形は良好で、力率が高く、脈動循環がなく、電圧が系統電圧と一致している。
⑤ 他の電気機器に干渉したり、外部要因によって妨害されたりしない有効な電気絶縁措置を備えていること。
⑥ 製品は高度なインテリジェンス、安定した動作、安全性、信頼性を備え、さまざまな障害保護およびアラーム機能が完備されています。
⑦ 選択が正しく、配線が正しく、デバッグの必要がない限り、使用できます。
8 製品は構造がシンプルで、サイズがコンパクトであり、設置とメンテナンスが容易です。