Поставщики энергосберегающего лифтового оборудования напоминают, что благодаря постоянному повышению уровня экологической сознательности энергосбережение и защита окружающей среды стали основополагающей национальной политикой, имеющей практическое значение и продвигаемой Китаем. В современной, всё более конкурентной лифтовой отрасли внедрение новых технологий, повышение скорости и грузоподъёмности являются наиболее важными аспектами, определяющими преимущества продукции. Однако нельзя отрицать, что экономические и экологические преимущества лифтов после их ввода в эксплуатацию также являются факторами, которые необходимо учитывать при их покупке.
1. Базовая конструкция и рабочее состояние лифтов
1. Базовая конструкция лифта
В настоящее время лифты в основном состоят из систем тягового привода, системы управления, системы кабины и системы дверей. Система включает в себя систему балансировки веса, систему электропривода, систему электрического управления, систему безопасности и т.д. Эти компоненты устанавливаются соответственно в шахте и машинном отделении здания. Обычно используется привод с использованием стального троса, который обматывается вокруг тягового колеса и соединяет кабину с противовесом на обоих концах. Тяговый привод приводит в движение тяговое колесо, поднимая и опуская кабину.
2. Анализ состояния работы лифта:
Когда лифт движется вверх, он потребляет энергию, а когда лифт спускается с высоты, он высвобождает энергию. Груз, который тащит тяговый механизм в лифте, состоит из пассажирской кабины и противовеса. Чтобы уравновесить тяговую нагрузку, эти две нагрузки уравновешиваются только тогда, когда нагрузка кабины добавляется к 50% от номинальной грузоподъемности кабины (например, пассажирский лифт с грузоподъемностью 1050 кг имеет около 7 пассажиров). Хотя это перемещение изменяет пиковую точку потребления энергии, оно не может изменить среднее потребление энергии. В реальной эксплуатации частота появления веса противовеса относительно невелика, так как вес кабины плюс вес пассажиров точно равен весу противовеса. Таким образом, рабочее состояние лифтов по сути находится в неуравновешенном состоянии, и также весьма вероятно, что кабина будет опускаться, когда пассажиров много, и снова подниматься, когда пассажиров мало или нет. Если первая ситуация возникает при высвобождении гравитационной потенциальной энергии пассажиров, а вторая – при высвобождении гравитационной потенциальной энергии противовеса, то из-за воздействия потенциальной нагрузки скорость превышает синхронную, то есть при n > n0, коэффициент скольжения s = (n0 - n)/n0 < 0, индуцированная ротором электродвижущая сила меняет направление, обмотка статора отдаёт электрическую энергию обратно в сеть, а направление T противоположно направлению скорости. Двигатель не только отдаёт электрическую энергию обратно, но и создаёт механический тормозной момент на валу. Предложение выглядит следующим образом: Однако из-за необратимости схемы выпрямления переменного тока в постоянный преобразователь частоты лифта выработанная электроэнергия не может быть возвращена в сеть, что приводит к повышению напряжения на обоих концах конденсатора главной цепи и появлению «напряжения подкачки». Как правило, в лифтах с регулируемой частотой используются резисторы для потребления накопленной в конденсаторах электроэнергии, чтобы предотвратить перенапряжение конденсаторов. Во время работы лифта эти резисторы выделяют большое количество тепла (температура поверхности превышает 100 °C), и эта потеря энергии составляет от 25% до 45% от общего потребления электроэнергии лифтом. Энергопотребление резисторов не только снижает эффективность системы, но и генерирует большое количество тепла, которое ускоряет движение пыли в воздухе машинного помещения, поглощает статическое электричество и оказывает значительное влияние на окружающую среду вокруг шкафа управления лифтом. В то же время, повышение температуры значительно сократит срок службы оригинальных компонентов лифта, а их старение и выход из строя продолжатся. Для снижения температуры в машинном зале до комнатной температуры и предотвращения неисправностей лифта, вызванных высокими температурами,Пользователям необходимо устанавливать кондиционеры или вентиляторы с большим объёмом вытяжки. В машинных отделениях с высокой мощностью лифта часто требуется одновременный запуск нескольких кондиционеров и вентиляторов. Это делает лифты и кондиционеры самыми энергоёмкими «электрическими тиграми».
2. Принцип работы устройства обратной связи по энергии лифта
Для экономии энергии в лифтах ключевым моментом является использование электроэнергии, вырабатываемой тяговым двигателем во время выработки электроэнергии. Энергия, вырабатываемая тормозным резистором, затем преобразуется обратно в переменный ток посредством инверсии, подается на другое электрооборудование или возвращается в электросеть. Общая эффективность инверсии энергии составляет около 85%, а потребление энергии упомянутым выше тормозным резистором составляет от 25% до 45% от общего потребления электроэнергии лифтом. Чем выше этаж или выше скорость лифта, тем более очевиден эффект обратной связи электрической энергии. Основная структура схемы системы обратной связи по энергии в основном состоит из фильтрующих конденсаторов, трех полных мостов IGBT, последовательных индукторов и периферийных цепей. Вход системы обратной связи по энергии лифта подключен к шине постоянного тока преобразователя частоты лифта, а выход подключен к сети. Когда тяговый двигатель лифта работает в электрическом режиме, все переключатели системы обратной связи по энергии находятся в выключенном состоянии. При работе тяговой машины в режиме генерации электроэнергии напряжение насоса на стороне шины постоянного тока преобразователя частоты увеличивается и удовлетворяет другим условиям инверсии. После этого включается система обратной связи по энергии. По мере возврата текущей энергии на шине постоянного тока в сеть напряжение на шине постоянного тока снижается до заданного значения, и система прекращает работу.
Активный инвертор, преобразующий электрическую энергию постоянного тока в электрическую энергию переменного тока, является основой системы обратной связи по энергии лифта. Целью является обеспечение обратной связи по электроэнергии, вырабатываемой тяговой машиной в процессе генерации электроэнергии, через инвертор, что позволяет экономить энергию и избегать загрязнения электросети, вызванного выходной мощностью инвертора. Таким образом, в процессе обратной связи по энергии, вырабатываемой тяговой машиной, должны быть соблюдены четыре условия управления по фазе, напряжению и току:
a) Система не может быть запущена случайно. Инверторное устройство запустится и обеспечит обратную связь только тогда, когда напряжение на шине постоянного тока превысит заданное значение;
б) Ток инвертора должен соответствовать потребности в мощности обратной связи и не может превышать максимальный ток, допускаемый схемой инвертора;
в) Процесс инвертора должен быть синхронизирован с фазой электросети, а обратная связь энергии с электросетью должна осуществляться на высоковольтном конце электросети;
г) Максимально свести к минимуму загрязнение электросети, вызванное инверторным процессом.
3. Аппаратная часть системы обратной связи по энергии лифта
1. Схема силового инвертора
В схеме силового инвертора постоянный ток, накопленный на стороне шины постоянного тока преобразователя частоты лифта во время работы тяговой машины лифта в состоянии выработки электроэнергии, преобразуется в переменный ток путем управления включением/выключением переключателя. Это основная схема системы обратной связи по энергии лифта, которая имеет различную структуру в соответствии с различными классификациями схем инверторов. Управляя включением/выключением переключателя, постоянная мощность, накопленная на стороне шины постоянного тока преобразователя частоты лифта во время работы тяговой машины в состоянии выработки электроэнергии, преобразуется в переменную мощность. В схеме верхний и нижний переключатели на одном плече моста не могут проводить одновременно, а время и длительность проводимости каждого элемента контролируются в соответствии с алгоритмом управления инвертором.
2. Схема синхронизации сети
Управление фазовой синхронизацией играет ключевую роль в том, сможет ли лифт эффективно передавать энергию по шине постоянного тока в электросеть. Схема синхронизации сети использует синхронизацию напряжения сети, и чтобы избежать эффектов мертвой зоны во время коммутации, переключатели работают под углом 120 градусов на одном плече моста. Логическая связь между сигналом синхронизации сети и сигналом пересечения нуля электросети получается с помощью компаратора, а связь между сигналом синхронизации сети каждого коммутационного устройства и напряжением электросети получается с помощью моделирования Multisim. Каждый переключатель имеет рабочий угол 120 градусов и расположен последовательно с интервалом 60 градусов. В любой момент времени только две трубки переключателя в мосту инвертора являются проводящими, что обеспечивает безопасную и надежную работу. Кроме того, каждые два переключателя работают в самом высоком диапазоне напряжения электросети, что обеспечивает высокую эффективность инвертора.
3. Схема управления обнаружением напряжения
Из-за высокого напряжения на стороне шины постоянного тока преобразователя частоты лифта необходимо сначала использовать резисторы для деления напряжения, а затем изолировать и уменьшить напряжение на шине с помощью датчиков напряжения Холла и преобразовать его в сигнал низкого напряжения. В схеме управления обнаружением напряжения принят метод управления с отслеживанием гистерезиса, который добавляет положительную обратную связь на основе компаратора и обеспечивает два значения сравнения для компаратора, а именно верхнее и нижнее пороговые значения. Реализованное аппаратными схемами управление является быстрым и точным. Схема управления обнаружением напряжения может не только избежать мгновенного наложения сигналов помех на сигнал напряжения, вызывающего дрожание выходного состояния компаратора, но и предотвратить слишком частый запуск и закрытие системы обратной связи по энергии.
4. Схема управления обнаружением тока
В процессе обратной связи по энергии ток должен соответствовать его требованиям по мощности, а мощность, возвращаемая в сеть, должна быть больше или равна максимальной мощности, когда тяговая машина находится в состоянии генерации, в противном случае падение напряжения на шине постоянного тока будет продолжать расти. Когда напряжение энергосети постоянно, мощность обратной связи по энергии системы определяется током обратной связи. Кроме того, ток обратной связи должен быть ограничен в пределах номинального диапазона устройства переключения мощности инвертора. Более того, дроссель реактивного сопротивления между энергосетью и инвертором позволяет проходить большим токам, минимизируя при этом объем реактора. Поэтому индуктивность реактора должна быть малой величиной, чтобы обеспечить обратную связь по энергии. Скорость изменения тока очень высокая. Одновременное использование управления гистерезисом тока может эффективно контролировать ток обратной связи и предотвращать аварии из-за сверхтока.
5. Основная схема управления
Центральный процессор системы обратной связи по энергии лифта является основной схемой управления, которая используется для управления работой всей системы. Основная схема управления состоит из микроконтроллера и периферийных схем, которые генерируют высокоточные ШИМ-сигналы на основе алгоритмов управления. С другой стороны, система управления неисправностями IPM, основанная на сигнале синхронизации с сетью, обеспечивает безопасную и эффективную реализацию всего процесса обратной связи по энергии.
6. Схема управления логической защитой
Сигнал синхронизации для подключения к сети, сигналы управления напряжением и током, сигнал неисправности IPM и выходной сигнал привода из главной схемы управления должны пройти через схему управления логической защитой для выполнения логической операции и, наконец, быть переданы в схему силового инвертора для управления процессом обратной связи. Таким образом, он может обеспечить синхронизацию выходного переменного тока инвертора с сетью, а также блокировать сигнал привода в случае перегрузки по току, перенапряжения, пониженного напряжения и неисправностей IPM в схеме, останавливая процесс обратной связи по энергии.
Поскольку система обратной связи по энергии лифта запускается только при работе тягового двигателя в режиме генерации, её срок службы превышает срок службы самого лифта. Таким образом, применение систем обратной связи по энергии лифта, с точки зрения принципов, энергосберегающих эффектов и производительности, заслуживает активного продвижения в современных условиях растущего дефицита энергии. Это не только создаёт здоровую и благоприятную, экологичную среду энергосбережения, но и отвечает призыву страны и правительства к энергосбережению и сокращению потребления, а также построению общества, ориентированного на энергосбережение, способствуя усилиям страны в области энергосбережения и сокращения выбросов.