Dobavitelji energetsko varčne opreme za dvigala vas opominjajo, da sta z nenehnim krepitvijo okoljske ozaveščenosti varčevanje z energijo in varstvo okolja postala temeljna nacionalna politika s praktičnim pomenom, ki jo zagovarja Kitajska. V današnji vse bolj konkurenčni industriji dvigal so sprejemanje novih tehnologij, večje hitrosti in večje obremenitve najpomembnejši vidiki, ki poudarjajo prednosti izdelkov. Vendar pa ni mogoče zanikati, da so ekonomske in okoljske koristi dvigal po njihovi uporabi prav tako dejavniki, ki jih je treba upoštevati pri nakupu dvigal.
1. Osnovna struktura in obratovalno stanje dvigal
1. Osnovna struktura dvigala
Dandanes so dvigala sestavljena predvsem iz sistemov vlečnih strojev, vodilnih sistemov, sistemov kabin in sistemov vrat. Sestavljena so iz sistema za uravnoteženje teže, električnega pogonskega sistema, električnega krmilnega sistema, varnostnega zaščitnega sistema itd. Ti deli so nameščeni v jašku oziroma strojnici stavbe. Običajno se uporablja prenos z jekleno vrvjo, pri čemer se jeklena vrv ovija okoli vlečnega kolesa in povezuje kabino s protiutežjo na obeh koncih. Vlečni stroj poganja vlečno kolo za dvigovanje in spuščanje kabine.
2. Analiza stanja delovanja dvigala:
Ko se dvigalo dviga navzgor, porablja energijo, ko pa se dvigalo spušča z visokega mesta, jo sprošča. Tovor, ki ga vleče vlečni stroj v dvigalu, je sestavljen iz osebne kabine in protiuteži. Za uravnoteženje vlečne obremenitve se obe obremenitvi uravnoteži le, če se tovor kabine poveča na 50 % nazivne obremenitve kabine (na primer, osebno dvigalo z obremenitvijo 1050 kg ima približno 7 potnikov). Čeprav ta premik spremeni najvišjo točko porabe energije, ne more spremeniti povprečne porabe energije. V dejanski uporabi je pogostost pojavljanja teže protiuteži relativno nizka, saj je teža kabine in teža potnikov natančno enaka teži protiuteži. Tako je obratovalno stanje dvigal v bistvu neuravnoteženo in zelo verjetno je, da se bo kabina spustila, ko je veliko potnikov, in se spet dvignila, ko jih je malo ali nič. Če se prva situacija pojavi, ko se sprosti gravitacijska potencialna energija potnikov, druga pa, ko se sprosti gravitacijska potencialna energija protiuteži, je zaradi vpliva potencialne obremenitve hitrost višja od sinhrone hitrosti, torej ko je n>no, hitrost zdrsa s=(no - n)/no<0, se rotorjeva inducirana elektromotorna sila obrne, statorsko navitje vrača električno energijo v omrežje, smer T pa je nasprotna smeri hitrosti. Motor ne vrača le električne energije, temveč ustvarja tudi mehanski zavorni navor na gredi. Stavek je:. Vendar pa zaradi nepovratnosti AC/DC usmerjevalnega vezja frekvenčnega pretvornika dvigala proizvedene električne energije ni mogoče vrniti v omrežje, kar povzroči povečanje napetosti na obeh koncih kondenzatorja glavnega tokokroga in nastanek "napetosti črpanja". Dvigala s spremenljivo frekvenco običajno uporabljajo upornike za porabo shranjene električne energije v kondenzatorjih, da preprečijo prenapetost kondenzatorjev. Med delovanjem dvigala ti upori oddajajo veliko količino toplote (s površinsko temperaturo nad 100 ℃), ta izgubljena energija pa predstavlja od 25 % do 45 % celotne porabe električne energije dvigala. Poraba energije uporov ne le zmanjša učinkovitost sistema, temveč ustvari tudi veliko količino toplote, ki pospeši pretok prahu v zraku strojnice, adsorbira statično elektriko in močno vpliva na okolje okoli krmilne omare dvigala. Hkrati bo zvišanje temperature znatno skrajšalo življenjsko dobo originalnih komponent dvigala, staranje in okvara komponent pa se bosta nadaljevala. Da bi znižali temperaturo računalniške sobe na sobno temperaturo in preprečili okvare dvigala zaradi visokih temperatur,uporabniki morajo namestiti klimatske naprave ali ventilatorje z velikimi izpušnimi količinami; v strojnicah z veliko močjo dvigal je pogosto treba hkrati zagnati več klimatskih naprav in ventilatorjev. Dvigala in klimatske naprave postanejo najbolj energetsko porabni "električni tigri".
2. Načelo delovanja naprave za povratno zanko o energiji dvigala
Za varčevanje z energijo v dvigalih je ključnega pomena izraba električne energije, ki jo vlečni stroj ustvari med proizvodnjo energije. Energija, ki jo ustvari zavorni upor, se nato z inverzijo pretvori nazaj v izmenični tok, dovaja drugi električni opremi ali vrne v električno omrežje. Splošna učinkovitost inverzije energije je približno 85 %, poraba energije zgoraj omenjenega zavornega upora pa predstavlja od 25 % do 45 % celotne porabe električne energije dvigala. Če je nadstropje višje ali je hitrost dvigala višja, bo povratni učinek električne energije bolj očiten. Glavno vezje sistema za povratno zanko energije je sestavljeno predvsem iz filtrirnih kondenzatorjev, treh polnih mostičkov IGBT, serijskih induktorjev in perifernih vezij. Vhodni konec sistema za povratno zanko energije dvigala je priključen na stran enosmernega vodila frekvenčnega pretvornika dvigala, izhodni konec pa na stran omrežja. Ko vlečni stroj dvigala deluje v električnem načinu, so vsa stikala sistema za povratno zanko energije v izklopljenem stanju. Ko vlečni stroj deluje v načinu proizvodnje energije, se napetost črpalke na strani enosmernega vodila frekvenčnega pretvornika poveča in izpolnjuje druge pogoje inverzije. Po tem začne delovati sistem za povratno zanko energije. Ko se trenutna energija na enosmernem toku vrača v omrežje, se napetost na vodilu enosmernega toka zmanjšuje, dokler ne pade nazaj na nastavljeno vrednost, in sistem preneha delovati.
Aktivni razsmernik, ki pretvarja enosmerno električno energijo v izmenično električno energijo, je bistvo povratne zanke za energijo dvigala. Namen je, da se električna energija, ki jo vlečni stroj ustvari med proizvodnjo energije, posreduje razsmerniku, s čimer se doseže varčevanje z energijo in prepreči onesnaževanje električnega omrežja, ki ga povzroča izhod razsmernika. Pri procesu povratne zanke za energijo, ki jo ustvari vlečni stroj, morajo biti torej izpolnjeni štirje pogoji glede faze, napetosti in toka:
a) Sistema ni mogoče zagnati samovoljno. Razsmernik se bo zagnal in zagotovil povratno informacijo o energiji le, če napetost enosmernega vodila preseže nastavljeno vrednost;
b) Tok pretvornika mora ustrezati zahtevam po povratni moči in ne sme preseči največjega toka, ki ga dovoljuje vezje pretvornika;
c) Postopek pretvornika mora biti sinhroniziran s fazo električnega omrežja, povratna informacija o energiji v električno omrežje pa mora biti na visokonapetostnem koncu električnega omrežja;
d) Čim bolj zmanjšajte onesnaževanje električnega omrežja, ki ga povzroča postopek inverterja.
3. Zasnova strojne opreme sistema za povratne informacije o energiji dvigala
1. Vezje pretvornika moči
V vezju pretvornika moči se enosmerni tok, shranjen na strani enosmernega vodila frekvenčnega pretvornika dvigala med delovanjem vlečnega stroja dvigala v stanju proizvodnje energije, pretvori v izmenični tok z vklopom/izklopom stikala. To je glavno vezje sistema povratne zanke za energijo dvigala, ki ima različne strukture glede na različne klasifikacije tokokrogov pretvornika. Z vklopom/izklopom stikala se enosmerna energija, shranjena na strani enosmernega vodila frekvenčnega pretvornika dvigala med delovanjem vlečnega stroja v stanju proizvodnje energije, pretvori v izmenično energijo. V vezju zgornje in spodnje stikalo na istem mostičnem kraku ne moreta prevajati hkrati, čas prevajanja in trajanje vsakega elementa pa se krmili v skladu z algoritmom krmiljenja pretvornika.
2. Vezje za sinhronizacijo omrežja
Krmiljenje fazne sinhronizacije igra ključno vlogo pri tem, ali lahko dvigalo učinkovito vrača energijo na enosmernem vodilu v električno omrežje. Vezje za sinhronizacijo omrežja uporablja sinhronizacijo napetosti omrežja in da bi se izognili učinkom mrtve cone med komutacijo, stikala delujejo pod kotom 120 stopinj na istem mostičnem kraku. Logično razmerje med signalom sinhronizacije omrežja in signalom prehoda skozi ničlo električnega omrežja se dobi s primerjalnikom, razmerje med signalom sinhronizacije omrežja vsake stikalne naprave in napetostjo električnega omrežja pa se dobi s simulacijo Multisim. Vsako stikalo ima delovni kot 120 stopinj in je zaporedno razmaknjeno za 60 stopinj. V mostu razsmernika sta vedno prevodni le dve stikalni cevki, kar zagotavlja varno in zanesljivo delovanje. Poleg tega vsaka dve stikali delujeta v najvišjem napetostnem območju električnega omrežja, kar ima za posledico visoko učinkovitost razsmernika.
3. Krmilno vezje za zaznavanje napetosti
Zaradi visoke napetosti na strani enosmernega vodila frekvenčnega pretvornika dvigala je treba najprej uporabiti upornike za delitev napetosti, nato pa izolirati in zmanjšati napetost vodila prek Hallovih napetostnih senzorjev ter jo pretvoriti v nizkonapetostni signal. V krmilnem vezju za zaznavanje napetosti je uporabljena metoda primerjalnega krmiljenja s histereznim sledenjem, ki na podlagi primerjalnika doda pozitivno povratno zvezo in primerjalniku zagotovi dve primerjalno vrednost, in sicer zgornjo in spodnjo mejno vrednost. Krmiljenje, ki ga izvajajo strojna vezja, je hitro in natančno. Krmilno vezje za zaznavanje napetosti ne le preprečuje takojšnjo superpozicijo motenj na napetostnem signalu, kar povzroča tresenje izhodnega stanja primerjalnika, ampak tudi preprečuje prepogosto vklapljanje in zapiranje sistema energijske povratne zveze.
4. Krmilno vezje za zaznavanje toka
V procesu energijske povratne zanke mora tok izpolnjevati svoje zahteve glede moči, moč, ki se dovaja nazaj v omrežje, pa mora biti večja ali enaka največji moči, ko je vlečni stroj v stanju generiranja, sicer se bo padec napetosti na enosmernem vodilu še naprej povečeval. Ko je napetost električnega omrežja konstantna, je moč energijske povratne zanke sistema določena s povratnim tokom. Poleg tega mora biti povratni tok omejen znotraj nazivnega območja stikalne naprave za napajanje razsmernika. Poleg tega reaktančna dušilka med električnim omrežjem in razsmernikom omogoča prehod velikih tokov, hkrati pa zmanjšuje prostornino reaktorja. Zato mora biti induktivnost reaktorja majhna, da se zagotovi energijska povratna zanka. Hitrost spremembe toka je zelo hitra. Sočasna uporaba krmiljenja histereze toka lahko učinkovito krmili povratni tok in preprečuje preobremenitve.
5. Glavni krmilni tokokrog
Centralna procesna enota sistema za povratno zanko energije dvigala je glavno krmilno vezje, ki se uporablja za krmiljenje delovanja celotnega sistema. Glavno krmilno vezje je sestavljeno iz mikrokrmilnika in perifernih vezij, ki na podlagi krmilnih algoritmov generirajo visoko natančne PWM valove; po drugi strani pa na podlagi signala sinhronizacije omrežja IPM krmiljenje napak zagotavlja varno in učinkovito izvajanje celotnega procesa povratne zanke energije.
6. Krmilno vezje logične zaščite
Sinhronizacijski signal za omrežno povezavo, krmilni signali za napetost in tok, signal napake IPM in izhodni pogonski signal iz glavnega krmilnega vezja morajo za logično delovanje preiti skozi krmilno vezje logične zaščite in se na koncu poslati v vezje pretvornika moči za krmiljenje procesa povratne zanke. Na ta način se zagotovi sinhronizacija izmenične moči pretvornika z omrežjem, hkrati pa se blokira pogonski signal v primeru preobremenitve, prenapetosti, podnapetosti in napak IPM v vezju, s čimer se ustavi proces povratne zanke z energijo.
Ker se sistem za povratno zanko za energijo dvigala zažene šele, ko je vlečni stroj v stanju proizvodnje, je njegova življenjska doba daljša od življenjske dobe dvigala. Iz tega je razvidno, da je treba uporabo sistemov za povratno zanko za energijo dvigala z vidika načel, učinkov varčevanja z energijo in delovanja v današnjem vse bolj redkem energetskem okolju odločno spodbujati. To ne le ustvarja zdravo in dobro zeleno okolje za varčevanje z energijo, temveč tudi odgovarja na poziv države in vlade k varčevanju z energijo in zmanjševanju porabe ter izgradnji družbe, usmerjene v ohranjanje energije, kar prispeva k prizadevanjem države za varčevanje z energijo in zmanjšanje emisij.