Các nhà cung cấp thiết bị tiết kiệm năng lượng thang máy xin nhắc nhở quý vị rằng với việc nâng cao nhận thức về môi trường liên tục, việc tiết kiệm năng lượng và bảo vệ môi trường đã trở thành chính sách quốc gia cơ bản, có ý nghĩa thiết thực được Trung Quốc ủng hộ. Trong ngành thang máy ngày càng cạnh tranh như hiện nay, việc áp dụng công nghệ mới, tốc độ nhanh hơn và tải trọng lớn hơn là những khía cạnh nổi bật nhất làm nổi bật lợi thế của sản phẩm. Tuy nhiên, không thể phủ nhận rằng lợi ích kinh tế và môi trường của thang máy sau khi đưa vào sử dụng cũng là những yếu tố cần cân nhắc khi mua thang máy.
1、 Cấu trúc cơ bản và tình trạng hoạt động của thang máy
1. Cấu trúc cơ bản của thang máy
Ngày nay, thang máy chủ yếu được cấu thành từ hệ thống máy kéo, hệ thống dẫn hướng, hệ thống cabin và hệ thống cửa. Bao gồm hệ thống cân bằng trọng lượng, hệ thống truyền động điện, hệ thống điều khiển điện, hệ thống bảo vệ an toàn, v.v. Các bộ phận này được lắp đặt lần lượt trong giếng thang và phòng máy của tòa nhà. Thông thường, hệ thống truyền động cáp thép được sử dụng, với cáp thép quấn quanh bánh xe kéo và kết nối cabin với đối trọng ở hai đầu. Máy kéo dẫn động bánh xe kéo để nâng và hạ cabin.
2. Phân tích tình trạng hoạt động của thang máy:
Khi thang máy chạy lên trên, nó tiêu thụ năng lượng, và khi thang máy đi xuống từ nơi cao, nó giải phóng năng lượng. Tải trọng được kéo bởi máy kéo trong thang máy bao gồm cabin chở khách và đối trọng. Để cân bằng tải trọng kéo, hai thứ này chỉ cân bằng khi tải trọng cabin được thêm vào 50% tải trọng định mức của cabin (ví dụ, thang máy chở khách có tải trọng 1050kg có khoảng 7 hành khách). Mặc dù động thái này làm thay đổi điểm tiêu thụ năng lượng cao nhất, nhưng nó không thể thay đổi mức tiêu thụ năng lượng trung bình. Trong sử dụng thực tế, tần suất xuất hiện trọng lượng của đối trọng tương đối thấp, vì trọng lượng của cabin cộng với trọng lượng của hành khách chính xác bằng trọng lượng của đối trọng. Vì vậy, trạng thái hoạt động của thang máy về cơ bản là ở trạng thái không cân bằng và cũng rất có thể cabin sẽ đi xuống khi có nhiều hành khách và đi lên trở lại khi có ít hoặc không có hành khách. Nếu trường hợp thứ nhất xảy ra khi giải phóng thế năng trọng trường của hành khách, và trường hợp thứ hai xảy ra khi giải phóng thế năng trọng trường của đối trọng, do tác động của tải trọng, tốc độ sẽ cao hơn tốc độ đồng bộ, tức là khi n>no, hệ số trượt s=(no - n)/no<0, sức điện động cảm ứng của rotor bị đảo ngược, cuộn dây stato phản hồi năng lượng điện về lưới điện, và hướng T ngược với hướng tốc độ. Động cơ không chỉ phản hồi năng lượng điện mà còn tạo ra mô-men xoắn hãm cơ học trên trục. Câu này là:. Tuy nhiên, do mạch chỉnh lưu AC/DC của bộ biến tần thang máy không thể đảo ngược, điện năng được tạo ra không thể phản hồi về lưới điện, dẫn đến điện áp ở cả hai đầu tụ điện mạch chính tăng lên và tạo ra "điện áp bơm". Thông thường, thang máy biến tần sử dụng điện trở để tiêu thụ năng lượng điện được lưu trữ trong tụ điện nhằm ngăn ngừa quá áp tụ điện. Trong quá trình vận hành thang máy, các điện trở này tỏa ra một lượng nhiệt lớn (nhiệt độ bề mặt trên 100℃), và lượng nhiệt lãng phí này chiếm từ 25% đến 45% tổng lượng điện năng tiêu thụ của thang máy. Việc tiêu thụ điện năng của các điện trở không chỉ làm giảm hiệu suất của hệ thống mà còn tạo ra một lượng nhiệt lớn, làm tăng tốc độ bụi trong không khí phòng máy, hấp thụ tĩnh điện và ảnh hưởng lớn đến môi trường xung quanh tủ điều khiển thang máy. Đồng thời, nhiệt độ tăng cao sẽ làm giảm đáng kể tuổi thọ của các linh kiện ban đầu của thang máy, khiến các linh kiện tiếp tục bị lão hóa và hư hỏng. Để giảm nhiệt độ phòng máy tính xuống nhiệt độ phòng và ngăn ngừa sự cố thang máy do nhiệt độ cao,Người dùng cần lắp đặt điều hòa hoặc quạt có lưu lượng khí thải lớn; trong phòng máy có công suất thang máy lớn, thường phải khởi động đồng thời nhiều điều hòa và quạt. Biến thang máy và điều hòa thành những "con hổ điện" tiêu thụ năng lượng nhiều nhất.
2、 Nguyên lý hoạt động của thiết bị phản hồi năng lượng thang máy
Để tiết kiệm năng lượng trong thang máy, chìa khóa là sử dụng năng lượng điện do máy kéo tạo ra trong quá trình phát điện. Năng lượng do điện trở phanh tạo ra sau đó được chuyển đổi trở lại thành điện xoay chiều thông qua nghịch lưu, cung cấp cho các thiết bị điện khác hoặc đưa trở lại lưới điện. Hiệu suất nghịch lưu năng lượng chung là khoảng 85% và mức tiêu thụ năng lượng của điện trở phanh được đề cập ở trên chiếm từ 25% đến 45% tổng mức tiêu thụ điện của thang máy. Nếu sàn cao hơn hoặc tốc độ thang máy nhanh hơn, hiệu ứng phản hồi của năng lượng điện sẽ rõ ràng hơn. Cấu trúc mạch chính của hệ thống phản hồi năng lượng chủ yếu bao gồm các tụ lọc, ba cầu toàn IGBT, cuộn cảm nối tiếp và các mạch ngoại vi. Đầu vào của hệ thống phản hồi năng lượng thang máy được kết nối với phía bus DC của bộ biến tần thang máy và đầu ra được kết nối với phía lưới điện. Khi máy kéo thang máy hoạt động ở chế độ điện, tất cả các công tắc của hệ thống phản hồi năng lượng đều ở trạng thái tắt. Khi máy kéo hoạt động ở chế độ phát điện, điện áp bơm ở phía bus DC của bộ biến tần tăng lên và đáp ứng các điều kiện nghịch đảo khác. Sau đó, hệ thống phản hồi năng lượng bắt đầu hoạt động. Khi năng lượng dòng điện trên DC được đưa trở lại lưới điện, điện áp bus DC giảm dần cho đến khi trở về giá trị cài đặt và hệ thống ngừng hoạt động.
Biến tần chủ động chuyển đổi năng lượng điện một chiều (DC) thành năng lượng điện xoay chiều (AC) là bản chất của phản hồi năng lượng thang máy. Mục đích là phản hồi năng lượng điện do máy kéo tạo ra trong quá trình phát điện thông qua biến tần, đạt được mục tiêu tiết kiệm năng lượng và tránh gây ô nhiễm lưới điện do đầu ra của biến tần. Vì vậy, trong quá trình phản hồi năng lượng do máy kéo tạo ra, cần phải đáp ứng bốn điều kiện điều khiển về pha, điện áp và dòng điện:
a) Hệ thống không thể khởi động tùy tiện. Bộ biến tần chỉ khởi động và cung cấp phản hồi năng lượng khi điện áp bus DC vượt quá giá trị cài đặt;
b) Dòng điện của biến tần phải đáp ứng được nhu cầu công suất phản hồi và không được vượt quá dòng điện cực đại cho phép của mạch biến tần;
c) Quá trình biến tần cần được đồng bộ với pha của lưới điện và phản hồi năng lượng về lưới điện phải ở đầu điện áp cao của lưới điện;
d) Giảm thiểu tối đa ô nhiễm lưới điện do quá trình biến tần gây ra.
3、 Thiết kế phần cứng của hệ thống phản hồi năng lượng thang máy
1. Mạch biến tần nguồn
Trong mạch biến tần, dòng điện một chiều được lưu trữ trên đường dẫn DC của bộ biến tần thang máy trong quá trình vận hành máy kéo thang máy ở trạng thái phát điện được chuyển đổi thành dòng điện xoay chiều bằng cách điều khiển bật/tắt công tắc. Đây là mạch chính của hệ thống phản hồi năng lượng thang máy, có cấu trúc khác nhau tùy theo phân loại mạch biến tần. Bằng cách điều khiển bật/tắt công tắc, dòng điện một chiều được lưu trữ trên đường dẫn DC của bộ biến tần thang máy trong quá trình vận hành máy kéo ở trạng thái phát điện được chuyển đổi thành dòng điện xoay chiều. Trong mạch, công tắc trên và công tắc dưới trên cùng một tay cầu không thể dẫn điện đồng thời, và thời gian dẫn điện cũng như thời gian dẫn điện của từng bộ phận được điều khiển theo thuật toán điều khiển biến tần.
2. Mạch đồng bộ lưới điện
Điều khiển đồng bộ pha đóng vai trò quan trọng trong việc thang máy có thể phản hồi hiệu quả năng lượng trên bus DC về lưới điện hay không. Mạch đồng bộ lưới điện áp dụng đồng bộ điện áp đường dây lưới điện, và để tránh hiệu ứng vùng chết trong quá trình chuyển mạch, các công tắc được vận hành ở góc 120 độ trên cùng một nhánh cầu. Mối quan hệ logic giữa tín hiệu đồng bộ lưới điện và tín hiệu giao điểm không của lưới điện được thu được thông qua bộ so sánh, và mối quan hệ giữa tín hiệu đồng bộ lưới điện của từng thiết bị chuyển mạch và điện áp lưới điện được thu được thông qua mô phỏng Multisim. Mỗi công tắc có góc làm việc 120 độ và cách nhau 60 độ theo trình tự. Tại bất kỳ thời điểm nào, chỉ có hai ống công tắc trong cầu biến tần là dẫn điện, đảm bảo hoạt động an toàn và đáng tin cậy. Ngoài ra, mỗi hai công tắc hoạt động ở dải điện áp cao nhất của đường dây lưới điện, mang lại hiệu suất biến tần cao.
3. Mạch điều khiển phát hiện điện áp
Do điện áp cao ở phía bus DC của bộ biến tần thang máy, trước tiên cần sử dụng điện trở để phân chia điện áp, sau đó cách ly và giảm điện áp bus thông qua cảm biến điện áp Hall, và chuyển đổi thành tín hiệu điện áp thấp. Trong mạch điều khiển phát hiện điện áp, phương pháp điều khiển so sánh theo dõi trễ được áp dụng, phương pháp này bổ sung phản hồi tích cực dựa trên bộ so sánh và cung cấp hai giá trị so sánh cho bộ so sánh, cụ thể là giá trị ngưỡng trên và ngưỡng dưới. Được thực hiện bởi các mạch phần cứng, việc điều khiển vừa nhanh vừa chính xác. Mạch điều khiển phát hiện điện áp không chỉ có thể tránh được sự chồng chập tức thời của các tín hiệu nhiễu lên tín hiệu điện áp, khiến trạng thái đầu ra của bộ so sánh bị dao động, mà còn ngăn hệ thống phản hồi năng lượng khởi động và đóng quá thường xuyên.
4. Mạch điều khiển phát hiện dòng điện
Trong quá trình phản hồi năng lượng, dòng điện phải đáp ứng các yêu cầu về công suất của nó và công suất phản hồi về lưới phải lớn hơn hoặc bằng công suất cực đại khi máy kéo ở trạng thái phát điện, nếu không, sụt áp trên thanh cái DC sẽ tiếp tục tăng. Khi điện áp của lưới điện không đổi, công suất phản hồi năng lượng của hệ thống được xác định bởi dòng điện phản hồi. Ngoài ra, dòng điện phản hồi phải được giới hạn trong phạm vi định mức của thiết bị chuyển mạch nguồn biến tần. Hơn nữa, cuộn cảm kháng giữa lưới điện và biến tần cho phép dòng điện lớn đi qua đồng thời giảm thiểu thể tích của cuộn kháng. Do đó, độ tự cảm của cuộn kháng phải là một giá trị nhỏ để đảm bảo phản hồi năng lượng. Tốc độ thay đổi dòng điện rất nhanh. Đồng thời sử dụng điều khiển trễ dòng điện có thể kiểm soát hiệu quả dòng điện phản hồi và ngăn ngừa tai nạn quá dòng.
5. Mạch điều khiển chính
Bộ xử lý trung tâm của hệ thống phản hồi năng lượng thang máy là mạch điều khiển chính, được sử dụng để điều khiển hoạt động của toàn bộ hệ thống. Mạch điều khiển chính bao gồm vi điều khiển và các mạch ngoại vi, tạo ra sóng PWM có độ chính xác cao dựa trên các thuật toán điều khiển; Mặt khác, dựa trên tín hiệu đồng bộ lưới điện, điều khiển sự cố IPM đảm bảo toàn bộ quá trình phản hồi năng lượng được thực hiện an toàn và hiệu quả.
6. Mạch điều khiển bảo vệ logic
Tín hiệu đồng bộ hóa kết nối lưới điện, tín hiệu điều khiển điện áp và dòng điện, tín hiệu lỗi IPM và tín hiệu điều khiển đầu ra từ mạch điều khiển chính đều cần phải đi qua mạch điều khiển bảo vệ logic để vận hành logic, và cuối cùng được gửi đến mạch biến tần để điều khiển quá trình phản hồi. Bằng cách này, nó có thể đảm bảo đầu ra nguồn điện xoay chiều từ biến tần được đồng bộ hóa với lưới điện, đồng thời chặn tín hiệu điều khiển trong trường hợp xảy ra lỗi quá dòng, quá áp, thiếu áp và lỗi IPM trong mạch, dừng quá trình phản hồi năng lượng.
Do hệ thống phản hồi năng lượng thang máy chỉ khởi động khi máy kéo ở trạng thái phát điện, nên tuổi thọ của hệ thống này dài hơn thang máy. Từ đó, có thể thấy việc ứng dụng hệ thống phản hồi năng lượng thang máy, xét về nguyên lý, hiệu quả tiết kiệm năng lượng và hiệu suất, là rất đáng được thúc đẩy mạnh mẽ trong bối cảnh năng lượng ngày càng khan hiếm như hiện nay. Điều này không chỉ tạo ra một môi trường tiết kiệm năng lượng xanh, lành mạnh, mà còn đáp ứng lời kêu gọi của đất nước và chính phủ về việc tiết kiệm năng lượng và giảm tiêu thụ năng lượng, đồng thời xây dựng một xã hội hướng đến tiết kiệm năng lượng, góp phần vào nỗ lực tiết kiệm năng lượng và giảm phát thải của đất nước.