تأمینکنندگان تجهیزات صرفهجویی در مصرف انرژی آسانسور به شما یادآوری میکنند که با افزایش مداوم آگاهیهای زیستمحیطی، صرفهجویی در مصرف انرژی و حفاظت از محیط زیست به یک سیاست ملی اساسی با اهمیت عملی مورد حمایت چین تبدیل شده است. در صنعت آسانسور که به طور فزایندهای رقابتی است، پذیرش فناوریهای جدید، سرعت بیشتر و بارهای سنگینتر، برجستهترین جنبههایی هستند که مزایای محصول را برجسته میکنند. با این حال، نمیتوان انکار کرد که مزایای اقتصادی و زیستمحیطی آسانسورها پس از راهاندازی نیز از عواملی هستند که هنگام خرید آسانسور باید در نظر گرفته شوند.
۱. ساختار اساسی و وضعیت عملیاتی آسانسورها
۱. ساختار اولیه آسانسور
امروزه، آسانسورها عمدتاً از سیستمهای ماشین کششی، سیستمهای هدایت، سیستمهای کابین و سیستمهای درب تشکیل شدهاند. این سیستمها شامل سیستم تعادل وزن، سیستم محرک الکتریکی، سیستم کنترل الکتریکی، سیستم حفاظت ایمنی و غیره هستند. این قطعات به ترتیب در چاه و موتورخانه ساختمان نصب میشوند. معمولاً از سیستم انتقال قدرت طناب فولادی استفاده میشود که در آن طناب فولادی به دور چرخ کششی پیچیده شده و کابین و وزنه تعادل را در دو انتها به هم متصل میکند. دستگاه کشش، چرخ کششی را برای بالا و پایین بردن کابین به حرکت در میآورد.
۲. تحلیل وضعیت کارکرد آسانسور:
وقتی آسانسور به سمت بالا حرکت میکند، انرژی مصرف میکند و وقتی آسانسور از ارتفاع پایین میآید، انرژی آزاد میکند. باری که توسط دستگاه کشش در آسانسور کشیده میشود، از کابین مسافر و وزنه تعادل تشکیل شده است. برای متعادل کردن بار کششی، این دو تنها زمانی متعادل میشوند که بار کابین به 50٪ از بار نامی کابین اضافه شود (به عنوان مثال، یک آسانسور مسافری با بار 1050 کیلوگرم حدود 7 مسافر دارد). اگرچه این حرکت نقطه اوج مصرف انرژی را تغییر میدهد، اما نمیتواند میانگین مصرف انرژی را تغییر دهد. در استفاده واقعی، فراوانی وقوع وزن وزنه تعادل نسبتاً کم است، زیرا وزن کابین به علاوه وزن مسافران دقیقاً برابر با وزن وزنه تعادل است. بنابراین وضعیت عملکرد آسانسورها اساساً در حالت نامتعادل است و همچنین بسیار محتمل است که کابین وقتی مسافران زیادی وجود دارند، پایین بیاید و وقتی مسافران کم یا بدون مسافر هستند، دوباره بالا برود. اگر حالت اول زمانی رخ دهد که انرژی پتانسیل گرانشی مسافران آزاد شود و حالت دوم زمانی رخ دهد که انرژی پتانسیل گرانشی وزنه تعادل آزاد شود، به دلیل اثر بار پتانسیل، سرعت بالاتر از سرعت سنکرون است، یعنی وقتی n>no باشد، نرخ لغزش s=(no - n)/no<0 است، نیروی محرکه الکتریکی القایی روتور معکوس میشود، سیمپیچ استاتور انرژی الکتریکی را به شبکه پس میدهد و جهت T خلاف جهت سرعت است. موتور نه تنها انرژی الکتریکی را پس میدهد، بلکه گشتاور ترمز مکانیکی روی شفت نیز تولید میکند. جمله این است:. با این حال، به دلیل برگشتناپذیری مدار یکسوسازی AC/DC مبدل فرکانس آسانسور، برق تولید شده را نمیتوان به شبکه پس داد و در نتیجه ولتاژ در دو سر خازن مدار اصلی افزایش مییابد و "ولتاژ پمپ آپ" ایجاد میشود. به طور کلی، آسانسورهای فرکانس متغیر از مقاومتهایی برای مصرف انرژی الکتریکی ذخیره شده در خازنها استفاده میکنند تا از اضافه ولتاژ خازن جلوگیری شود. در طول کارکرد آسانسور، این مقاومتها مقدار زیادی گرما (با دمای سطح بیش از ۱۰۰ درجه سانتیگراد) منتشر میکنند و این انرژی تلف شده ۲۵ تا ۴۵ درصد از کل مصرف برق آسانسور را تشکیل میدهد. مصرف انرژی مقاومتها نه تنها راندمان سیستم را کاهش میدهد، بلکه مقدار زیادی گرما نیز تولید میکند که جریان گرد و غبار را در هوای اتاق ماشین تسریع میکند، الکتریسیته ساکن را جذب میکند و محیط اطراف کابینت کنترل آسانسور را به شدت تحت تأثیر قرار میدهد. در عین حال، افزایش دما به طور قابل توجهی عمر مفید اجزای اصلی آسانسور را کاهش میدهد و فرسودگی و خرابی اجزا ادامه خواهد یافت. به منظور کاهش دمای اتاق کامپیوتر به دمای اتاق و جلوگیری از نقص عملکرد آسانسور ناشی از دمای بالا،کاربران نیاز به نصب دستگاههای تهویه مطبوع یا فنهایی با حجم هوای خروجی زیاد دارند؛ در اتاقهای ماشینآلات با قدرت آسانسور بالا، اغلب باید چندین دستگاه تهویه مطبوع و فن به طور همزمان روشن شوند. آسانسورها و تهویه مطبوع را به "ببرهای برقی" با بیشترین مصرف انرژی تبدیل کنید.
۲. اصول کار دستگاه بازخورد انرژی آسانسور
برای صرفهجویی در مصرف انرژی در آسانسورها، نکته کلیدی استفاده از انرژی الکتریکی تولید شده توسط دستگاه کشش در طول تولید برق است. انرژی تولید شده توسط مقاومت ترمز سپس از طریق وارونگی به برق AC تبدیل میشود، به سایر تجهیزات الکتریکی عرضه میشود یا به شبکه برق تغذیه میشود. راندمان کلی وارونگی انرژی حدود 85٪ است و مصرف انرژی مقاومت ترمز ذکر شده در بالا 25٪ تا 45٪ از کل مصرف برق آسانسور را تشکیل میدهد. اگر طبقه بالاتر باشد یا سرعت آسانسور بیشتر باشد، اثر بازخورد انرژی الکتریکی آشکارتر خواهد بود. ساختار مدار اصلی سیستم بازخورد انرژی عمدتاً از خازنهای فیلتر، سه پل کامل IGBT، سلفهای سری و مدارهای جانبی تشکیل شده است. انتهای ورودی سیستم بازخورد انرژی آسانسور به سمت باس DC مبدل فرکانس آسانسور متصل است و انتهای خروجی به سمت شبکه متصل است. هنگامی که دستگاه کشش آسانسور در حالت الکتریکی کار میکند، تمام کلیدهای سیستم بازخورد انرژی در حالت خاموش هستند. وقتی ماشین کششی در حالت تولید برق کار میکند، ولتاژ پمپ در سمت باس DC مبدل فرکانس افزایش مییابد و با سایر شرایط وارونگی مواجه میشود. پس از آن، سیستم بازخورد انرژی شروع به کار میکند. با بازگشت انرژی فعلی روی DC به شبکه، ولتاژ باس DC کاهش مییابد تا زمانی که به مقدار تنظیم شده بازگردد و سیستم از کار بیفتد.
اینورتر فعال که انرژی الکتریکی DC را به انرژی الکتریکی AC تبدیل میکند، اساس بازخورد انرژی آسانسور است. هدف، بازخورد انرژی الکتریکی تولید شده توسط دستگاه کشش در طول تولید برق از طریق اینورتر، دستیابی به صرفهجویی در انرژی و جلوگیری از آلودگی شبکه برق ناشی از خروجی اینورتر است. بنابراین در فرآیند بازخورد انرژی تولید شده توسط تولید برق دستگاه کشش، باید چهار شرط کنترلی از نظر فاز، ولتاژ و جریان رعایت شود:
الف) سیستم را نمیتوان به طور تصادفی روشن کرد. دستگاه اینورتر فقط زمانی روشن میشود و بازخورد انرژی ارائه میدهد که ولتاژ باس DC از مقدار تنظیم شده بیشتر شود.
ب) جریان اینورتر باید تقاضای توان فیدبک را برآورده کند و نمیتواند از حداکثر جریان مجاز مدار اینورتر تجاوز کند.
ج) فرآیند اینورتر باید با فاز شبکه برق هماهنگ شود و بازخورد انرژی به شبکه برق باید در انتهای ولتاژ بالای شبکه برق باشد.
د) آلودگی شبکه برق ناشی از فرآیند اینورتر را تا حد امکان به حداقل برسانید.
۳، طراحی سختافزار سیستم بازخورد انرژی آسانسور
۱. مدار اینورتر برق
در مدار اینورتر قدرت، جریان مستقیم ذخیره شده در سمت باس DC مبدل فرکانس آسانسور در حین عملکرد دستگاه کشش آسانسور در حالت تولید برق، با کنترل روشن/خاموش کردن سوئیچ به جریان متناوب تبدیل میشود. این مدار اصلی سیستم بازخورد انرژی آسانسور است که طبق طبقهبندیهای مختلف مدارهای اینورتر، ساختارهای متفاوتی دارد. با کنترل روشن/خاموش کردن سوئیچ، توان DC ذخیره شده در سمت باس DC مبدل فرکانس آسانسور در حین عملکرد دستگاه کشش در حالت تولید برق، به توان AC تبدیل میشود. در یک مدار، کلیدهای بالایی و پایینی روی یک بازوی پل نمیتوانند همزمان هدایت کنند و زمان و مدت هدایت هر مورد طبق الگوریتم کنترل اینورتر کنترل میشود.
۲. مدار هماهنگسازی شبکه
کنترل همگامسازی فاز نقش کلیدی در این دارد که آیا آسانسور میتواند به طور مؤثر انرژی روی باس DC را به شبکه برق بازخورد دهد یا خیر. مدار همگامسازی شبکه، همگامسازی ولتاژ خط شبکه را اتخاذ میکند و به منظور جلوگیری از اثرات ناحیه کور در طول کموتاسیون، سوئیچها در زاویه ۱۲۰ درجه روی همان بازوی پل کار میکنند. رابطه منطقی بین سیگنال همگامسازی شبکه و سیگنال عبور از صفر شبکه برق از طریق یک مقایسهگر به دست میآید و رابطه بین سیگنال همگامسازی شبکه هر دستگاه سوئیچینگ و ولتاژ شبکه برق از طریق شبیهسازی Multisim به دست میآید. هر سوئیچ دارای زاویه کار ۱۲۰ درجه است و به ترتیب ۶۰ درجه از هم فاصله دارند. در هر زمان، فقط دو لوله سوئیچ در پل اینورتر رسانا هستند که عملکرد ایمن و قابل اعتماد را تضمین میکنند. علاوه بر این، هر دو سوئیچ در بالاترین محدوده ولتاژ خط شبکه برق کار میکنند و در نتیجه راندمان بالای اینورتر را به همراه دارند.
۳. مدار کنترل تشخیص ولتاژ
با توجه به ولتاژ بالای سمت باس DC مبدل فرکانس آسانسور، ابتدا لازم است از مقاومتها برای تقسیم ولتاژ استفاده شود و سپس ولتاژ باس از طریق حسگرهای ولتاژ هال ایزوله و کاهش داده شده و به سیگنال ولتاژ پایین تبدیل شود. در مدار کنترل تشخیص ولتاژ، روش کنترل مقایسه ردیابی هیسترزیس اتخاذ شده است که بازخورد مثبتی را بر اساس مقایسهگر اضافه میکند و دو مقدار مقایسه برای مقایسهگر، یعنی مقادیر آستانه بالا و پایین، ارائه میدهد. کنترل که توسط مدارهای سختافزاری پیادهسازی شده است، هم سریع و هم دقیق است. مدار کنترل تشخیص ولتاژ نه تنها میتواند از برهمنهی آنی سیگنالهای تداخل بر روی سیگنال ولتاژ که باعث لرزش وضعیت خروجی مقایسهگر میشود، جلوگیری کند، بلکه از شروع و بسته شدن بیش از حد مکرر سیستم بازخورد انرژی نیز جلوگیری میکند.
۴. مدار کنترل تشخیص جریان
در فرآیند بازخورد انرژی، جریان باید الزامات توان خود را برآورده کند و توان برگشتی به شبکه باید بیشتر یا مساوی حداکثر توان در حالت تولید باشد، در غیر این صورت افت ولتاژ در باس DC همچنان افزایش مییابد. هنگامی که ولتاژ شبکه برق ثابت است، توان بازخورد انرژی سیستم توسط جریان بازخورد تعیین میشود. علاوه بر این، جریان بازخورد باید در محدوده نامی دستگاه سوئیچ توان اینورتر محدود شود. علاوه بر این، چوک راکتانس بین شبکه برق و اینورتر اجازه عبور جریانهای بزرگ را میدهد و در عین حال حجم راکتور را به حداقل میرساند. بنابراین، اندوکتانس راکتور باید مقدار کمی باشد تا بازخورد انرژی تضمین شود. سرعت تغییر جریان بسیار سریع است. استفاده همزمان از کنترل هیسترزیس جریان میتواند جریان بازخورد را به طور موثر کنترل کرده و از حوادث اضافه جریان جلوگیری کند.
۵. مدار کنترل اصلی
واحد پردازش مرکزی سیستم بازخورد انرژی آسانسور، مدار کنترل اصلی است که برای کنترل عملکرد کل سیستم استفاده میشود. مدار کنترل اصلی شامل یک میکروکنترلر و مدارهای جانبی است که امواج PWM با دقت بالا را بر اساس الگوریتمهای کنترلی تولید میکنند. از سوی دیگر، بر اساس سیگنال همگامسازی شبکه، کنترل خطای IPM اجرای ایمن و مؤثر کل فرآیند بازخورد انرژی را تضمین میکند.
۶. مدار کنترل حفاظت منطقی
سیگنال همگامسازی برای اتصال به شبکه، سیگنالهای کنترل ولتاژ و جریان، سیگنال خطای IPM و خروجی سیگنال درایو از مدار کنترل اصلی، همگی برای عملکرد منطقی باید از مدار کنترل حفاظت منطقی عبور کنند و در نهایت برای کنترل فرآیند بازخورد به مدار اینورتر قدرت ارسال شوند. به این ترتیب، میتوان اطمینان حاصل کرد که خروجی برق AC از اینورتر با شبکه همگامسازی شده است و همچنین در صورت بروز خطاهای اضافه جریان، اضافه ولتاژ، کمبود ولتاژ و IPM در مدار، سیگنال درایو را مسدود کرده و فرآیند بازخورد انرژی را متوقف میکند.
با توجه به اینکه سیستم بازخورد انرژی آسانسور فقط زمانی شروع به کار میکند که دستگاه کشش در حالت تولید باشد، عمر مفید آن بیشتر از آسانسور است. از این رو، میتوان دریافت که کاربرد سیستمهای بازخورد انرژی آسانسور، از نظر اصول، اثرات صرفهجویی در انرژی و عملکرد، در محیط انرژی رو به کمبود فزاینده امروزی، ارزش ترویج جدی را دارد. این امر نه تنها یک محیط سبز سالم و خوب برای صرفهجویی در انرژی ایجاد میکند، بلکه به ندای کشور و دولت برای صرفهجویی و کاهش مصرف انرژی و ایجاد یک جامعه مبتنی بر صرفهجویی نیز پاسخ میدهد و به تلاشهای کشور در زمینه صرفهجویی در انرژی و کاهش انتشار گازهای گلخانهای کمک میکند.