Dodávatelia energeticky úsporných zariadení pre výťahy vám pripomínajú, že s neustálym zvyšovaním environmentálneho povedomia sa úspora energie a ochrana životného prostredia stali základnou národnou politikou s praktickým významom, ktorú Čína presadzuje. V dnešnom čoraz konkurenčnejšom odvetví výťahov sú zavádzanie nových technológií, vyššie rýchlosti a ťažšie zaťaženia najvýznamnejšími aspektmi, ktoré zdôrazňujú výhody produktu. Nemožno však poprieť, že ekonomické a environmentálne výhody výťahov po ich uvedení do prevádzky sú tiež faktormi, ktoré treba pri nákupe výťahov zvážiť.
1. Základná štruktúra a prevádzkový stav výťahov
1. Základná štruktúra výťahu
V súčasnosti sa výťahy skladajú hlavne zo systémov trakčných strojov, vodiacich systémov, kabínových systémov a dverových systémov. Pozostávajú zo systému vyvažovania hmotnosti, elektrického pohonného systému, elektrického riadiaceho systému, bezpečnostného ochranného systému atď. Tieto časti sú inštalované v šachte a strojovni budovy. Zvyčajne sa používa oceľové lano, ktoré sa navíja okolo trakčného kolesa a spája kabínu s protizávažím na oboch koncoch. Trakčný stroj poháňa trakčné koleso, ktoré zdvíha a spúšťa kabínu.
2. Analýza prevádzkového stavu výťahu:
Keď sa výťah pohybuje nahor, spotrebúva energiu a keď výťah klesá z vysokého miesta, uvoľňuje energiu. Záťaž ťahaná trakčným strojom vo výťahu sa skladá z osobnej kabíny a protizávažia. Aby sa vyrovnalo ťahové zaťaženie, obe sú vyvážené iba vtedy, keď sa zaťaženie kabíny pripočíta k 50 % menovitého zaťaženia kabíny (napríklad osobný výťah s nákladom 1050 kg má približne 7 cestujúcich). Hoci tento pohyb mení bod maximálnej spotreby energie, nemôže zmeniť priemernú spotrebu energie. V skutočnom používaní je frekvencia výskytu hmotnosti protizávažia relatívne nízka, pretože hmotnosť kabíny plus hmotnosť cestujúcich sa presne rovná hmotnosti protizávažia. Prevádzkový stav výťahov je teda v podstate nevyvážený a je tiež veľmi pravdepodobné, že kabína bude klesať, keď je v nej veľa cestujúcich, a opäť stúpať, keď je v nej málo alebo žiadni cestujúci. Ak nastane prvá situácia, keď sa uvoľní gravitačná potenciálna energia cestujúcich, a druhá situácia nastane, keď sa uvoľní gravitačná potenciálna energia protizávažia, v dôsledku účinku potenciálneho zaťaženia je rýchlosť vyššia ako synchrónna rýchlosť, to znamená, že keď n>no, rýchlosť sklzu s=(no - n)/no<0, elektromotorická sila indukovaná rotorom je obrátená, vinutie statora dodáva elektrickú energiu späť do siete a smer T je opačný ako smer rýchlosti. Motor nielen dodáva elektrickú energiu späť, ale generuje aj mechanický brzdný moment na hriadeli. Veta znie:. Avšak kvôli ireverzibilite usmerňovacieho obvodu AC/DC frekvenčného meniča výťahu nemožno generovanú elektrinu privádzať späť do siete, čo vedie k zvýšeniu napätia na oboch koncoch hlavného kondenzátora obvodu a k generovaniu „pumpovacieho napätia“. Výťahy s premenlivou frekvenciou vo všeobecnosti používajú rezistory na spotrebu uloženej elektrickej energie v kondenzátoroch, aby sa zabránilo prepätiu kondenzátorov. Počas prevádzky výťahu tieto rezistory vyžarujú veľké množstvo tepla (s povrchovou teplotou nad 100 ℃) a táto plytvá energiou predstavuje 25 % až 45 % celkovej spotreby elektriny výťahu. Spotreba energie rezistorov nielen znižuje účinnosť systému, ale tiež generuje veľké množstvo tepla, ktoré urýchľuje prúdenie prachu vo vzduchu v strojovni, adsorbuje statickú elektrinu a výrazne ovplyvňuje prostredie okolo ovládacej skrinky výťahu. Zároveň zvýšenie teploty výrazne skráti životnosť pôvodných komponentov výťahu a ich starnutie a porucha budú pokračovať. Aby sa znížila teplota v počítačovej miestnosti na izbovú teplotu a zabránilo sa poruchám výťahu spôsobeným vysokými teplotami,používatelia potrebujú inštalovať klimatizácie alebo ventilátory s veľkým objemom odsávania; v strojovniach s vysokým výkonom výťahov je často potrebné spustiť viacero klimatizácií a ventilátorov súčasne. Z výťahov a klimatizácií sa stávajú najenergeticky najnáročnejšie „elektrické tigre“.
2. Princíp fungovania zariadenia na spätnú väzbu energie výťahu
Pre úsporu energie vo výťahoch je kľúčové využiť elektrickú energiu generovanú trakčným strojom počas výroby energie. Energia generovaná brzdným odporom sa potom inverziou premieňa späť na striedavý prúd, dodáva sa do iných elektrických zariadení alebo sa vracia späť do elektrickej siete. Celková účinnosť inverzie energie je okolo 85 % a spotreba energie vyššie uvedeného brzdného odporu predstavuje 25 % až 45 % celkovej spotreby elektriny výťahu. Ak je poschodie vyššie alebo je rýchlosť výťahu vyššia, spätná väzba elektrickej energie bude zreteľnejšia. Hlavná štruktúra obvodu systému spätnej väzby energie sa skladá hlavne z filtračných kondenzátorov, troch mostíkov IGBT, sériových induktorov a periférnych obvodov. Vstupný koniec systému spätnej väzby energie výťahu je pripojený na stranu jednosmernej zbernice frekvenčného meniča výťahu a výstupný koniec je pripojený na stranu siete. Keď trakčný stroj výťahu pracuje v elektrickom režime, všetky spínače systému spätnej väzby energie sú vo vypnutom stave. Keď trakčný stroj pracuje v režime výroby energie, napätie čerpadla na strane jednosmernej zbernice frekvenčného meniča sa zvyšuje a spĺňa ďalšie podmienky inverzie. Potom sa spustí systém spätnej väzby energie. Keď sa aktuálna energia na jednosmernom prúde privádza späť do siete, napätie na jednosmernej zbernici klesá, až kým neklesne späť na nastavenú hodnotu, a systém prestane fungovať.
Aktívny menič, ktorý premieňa jednosmernú elektrickú energiu na striedavú elektrickú energiu, je podstatou spätnej väzby energie výťahu. Účelom je spätne prenášať elektrickú energiu generovanú trakčným strojom počas výroby energie cez menič, čím sa dosiahne úspora energie a zabráni sa znečisteniu elektrickej siete spôsobenému výstupom meniča. V procese spätnej väzby energie generovanej výrobou energie trakčným strojom musia byť teda splnené štyri riadiace podmienky, a to fáza, napätie a prúd:
a) Systém sa nedá spustiť náhodne. Menič sa spustí a poskytne spätnú väzbu energie iba vtedy, keď napätie jednosmernej zbernice prekročí nastavenú hodnotu;
b) Prúd meniča musí spĺňať požiadavky na spätnoväzbový výkon a nesmie prekročiť maximálny prúd povolený obvodom meniča;
c) Proces meniča musí byť synchronizovaný s fázou elektrickej siete a spätná väzba energie do elektrickej siete by mala byť na vysokonapäťovom konci elektrickej siete;
d) Čo najviac minimalizujte znečistenie elektrickej siete spôsobené procesom invertora.
3、 Návrh hardvéru systému spätnej väzby energie výťahu
1. Obvod meniča výkonu
V obvode meniča výkonu sa jednosmerný prúd uložený na strane jednosmernej zbernice frekvenčného meniča výťahu počas prevádzky trakčného stroja výťahu v stave výroby energie premieňa na striedavý prúd riadením zapnutia/vypnutia spínača. Ide o hlavný obvod systému spätnej väzby energie výťahu, ktorý má rôzne štruktúry podľa rôznych klasifikácií obvodov meniča. Riadením zapnutia/vypnutia spínača sa jednosmerný prúd uložený na strane jednosmernej zbernice frekvenčného meniča výťahu počas prevádzky trakčného stroja v stave výroby energie premieňa na striedavý prúd. V obvode horný a dolný spínač na tom istom mostíku nemôžu viesť súčasne a čas vedenia a trvanie každej položky sú riadené podľa algoritmu riadenia meniča.
2. Obvod synchronizácie siete
Riadenie fázovej synchronizácie hrá kľúčovú úlohu v tom, či výťah dokáže efektívne spätne prenášať energiu z jednosmernej zbernice do elektrickej siete. Obvod synchronizácie siete využíva synchronizáciu napätia siete a aby sa predišlo efektom mŕtvej zóny počas komutácie, spínače sú ovládané v uhle 120 stupňov na tom istom mostíku. Logický vzťah medzi signálom synchronizácie siete a signálom prechodu nulou elektrickej siete sa získava pomocou komparátora a vzťah medzi signálom synchronizácie siete každého spínacieho zariadenia a napätím elektrickej siete sa získava pomocou simulácie Multisim. Každý spínač má pracovný uhol 120 stupňov a je rozmiestnený v poradí o 60 stupňov. V mostíku meniča sú vždy vodivé iba dve spínacie trubice, čo zaisťuje bezpečnú a spoľahlivú prevádzku. Okrem toho každé dva spínače pracujú v najvyššom rozsahu napätia elektrickej siete, čo vedie k vysokej účinnosti meniča.
3. Riadiaci obvod detekcie napätia
Vzhľadom na vysoké napätie na strane jednosmernej zbernice frekvenčného meniča výťahu je potrebné najprv použiť rezistory na delenie napätia a potom izolovať a znížiť napätie zbernice pomocou Hallových napäťových senzorov a previesť ho na signál nízkeho napätia. V riadiacom obvode detekcie napätia sa používa metóda porovnávacieho riadenia so sledovaním hysterézie, ktorá pridáva kladnú spätnú väzbu na základe komparátora a poskytuje dve porovnávacie hodnoty pre komparátor, a to hornú a dolnú prahovú hodnotu. Riadenie je implementované hardvérovými obvodmi rýchle a presné. Riadiaci obvod detekcie napätia dokáže nielen zabrániť okamžitej superpozícii rušivých signálov na napäťovom signáli, čo spôsobuje chvenie výstupného stavu komparátora, ale tiež zabrániť príliš častému spúšťaniu a zapínaniu systému energetickej spätnej väzby.
4. Obvod riadenia detekcie prúdu
V procese energetickej spätnej väzby musí prúd spĺňať svoje energetické požiadavky a výkon dodávaný späť do siete musí byť väčší alebo rovný maximálnemu výkonu, keď je trakčný stroj v stave generovania, inak bude pokles napätia na jednosmernej zbernici naďalej stúpať. Keď je napätie v elektrickej sieti konštantné, výkon spätnej väzby energie systému je určený spätnoväzobným prúdom. Okrem toho musí byť spätnoväzobný prúd obmedzený v rámci menovitého rozsahu spínacieho zariadenia meniča. Okrem toho reaktančná tlmivka medzi elektrickou sieťou a meničom umožňuje prechod veľkých prúdov a zároveň minimalizuje objem reaktora. Preto musí byť indukčnosť reaktora malá, aby sa zabezpečila energetická spätná väzba. Rýchlosť zmeny prúdu je veľmi rýchla. Súčasné použitie hysteréznej regulácie prúdu môže účinne regulovať spätnoväzobný prúd a predchádzať nehodám spôsobeným nadprúdom.
5. Hlavný riadiaci obvod
Centrálna procesorová jednotka systému spätnej väzby energie výťahu je hlavný riadiaci obvod, ktorý sa používa na riadenie prevádzky celého systému. Hlavný riadiaci obvod pozostáva z mikrokontroléra a periférnych obvodov, ktoré generujú vysoko presné PWM vlny na základe riadiacich algoritmov. Na druhej strane, na základe signálu synchronizácie siete, riadenie porúch IPM zabezpečuje bezpečnú a efektívnu implementáciu celého procesu spätnej väzby energie.
6. Obvod riadenia logickej ochrany
Synchronizačný signál pre pripojenie k sieti, riadiace signály pre napätie a prúd, signál poruchy IPM a výstupný signál pohonu z hlavného riadiaceho obvodu musia pre logickú prevádzku prejsť cez riadiaci obvod logickej ochrany a nakoniec byť odoslané do obvodu výkonového meniča na riadenie procesu spätnej väzby. Týmto spôsobom sa zabezpečí synchronizácia výstupného striedavého napájania z meniča so sieťou a tiež sa zablokuje signál pohonu v prípade nadprúdu, prepätia, podpätia a porúch IPM v obvode, čím sa zastaví proces spätnej väzby energie.
Vzhľadom na to, že systém spätnej väzby energie výťahu sa spúšťa iba vtedy, keď je trakčný stroj v stave generovania, jeho životnosť je dlhšia ako životnosť výťahu. Z toho vyplýva, že aplikácia systémov spätnej väzby energie výťahu z hľadiska princípov, účinkov úspory energie a výkonu sa oplatí v dnešnom čoraz vzácnejšom energetickom prostredí dôrazne podporovať. To nielen vytvára zdravé a ekologické prostredie šetriace energiu, ale tiež reaguje na výzvu krajiny a vlády na úsporu energie a zníženie spotreby a budovanie spoločnosti orientovanej na ochranu životného prostredia, čo prispieva k úsiliu krajiny o úsporu energie a zníženie emisií.