(精品)建筑电气节能技术14-电梯.ppt

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1、 Lab of IB&ALab of IB&ABring Ideas TogetherBring Ideas Together智能建筑及自动化研究所建筑电气节能技术第五章第五章.第三节第三节 电梯的节能控制技术电梯的节能控制技术 一一.电梯的能量转换电梯的能量转换一一.电梯的能量转换电梯的能量转换二二.制动时的节能控制制动时的节能控制三三.轻载节能控制轻载节能控制 Lab of IB&ALab of IB&ABring Ideas TogetherBring Ideas Together智能建筑及自动化研究所一一.电梯的能量转换电梯的能量转换 1.1.电梯的平衡电梯的平衡 2.2.运动方程运动

2、方程 3.3.四象限运行四象限运行1.1.电梯的平衡电梯的平衡 指以曳引轮为中心点，轿厢与对指以曳引轮为中心点，轿厢与对重平衡。重平衡。G G1 1+G+G2 2=G=G3 3如果额定载重量：如果额定载重量：G GN N G G2 2=KG=KGN NK K称为平衡系数。一般取称为平衡系数。一般取0.450.45高层电梯加平衡链，不影响平衡。高层电梯加平衡链，不影响平衡。第五章第五章.第三节第三节 电梯的节能控制技术电梯的节能控制技术 一一.电梯的能量转换电梯的能量转换 Lab of IB&ALab of IB&ABring Ideas TogetherBring Ideas Together

3、智能建筑及自动化研究所 5-45-42.2.运动方程运动方程其中：其中：电磁转矩电磁转矩 当：当：时，静止或匀速运动时，静止或匀速运动负载转矩负载转矩 当：当：时，加速运动时，加速运动系统的飞轮惯量系统的飞轮惯量 当：当：时，减速运动时，减速运动电动机转速电动机转速 的的测取方法测取方法：采用自由停车法：采用自由停车法电梯在额定负载、额定速度下，匀速运行时，突然自由停车电梯在额定负载、额定速度下，匀速运行时，突然自由停车（不加任何制动措施）。测量速度（不加任何制动措施）。测量速度n(n(或或v)v)与时间与时间t t的曲线。的曲线。第五章第五章.第三节第三节 电梯的节能控制技术电梯的节能控制技

4、术 一一.电梯的能量转换电梯的能量转换 Lab of IB&ALab of IB&ABring Ideas TogetherBring Ideas Together智能建筑及自动化研究所（1 1）在匀速运动时，）在匀速运动时，A A的计算方法：通过此时电动机的计算方法：通过此时电动机的电压、电流及功率因数可的电压、电流及功率因数可以计算出电磁转矩，此电磁以计算出电磁转矩，此电磁转矩等于负载转矩，即转矩等于负载转矩，即A A。此时：此时：（2 2）当发出停车信号时，停电。）当发出停车信号时，停电。使用红色直线近似停车曲线。使用红色直线近似停车曲线。电磁转矩：电磁转矩：此时的负载转矩：此时的负载转

5、矩：式中：负号表示减速运行，加式中：负号表示减速运行，加速度为负，如果考虑速度为负，如果考虑 的符号的符号后，后，的符号为正。的符号为正。第五章第五章.第三节第三节 电梯的节能控制技术电梯的节能控制技术 一一.电梯的能量转换电梯的能量转换 Lab of IB&ALab of IB&ABring Ideas TogetherBring Ideas Together智能建筑及自动化研究所3.3.四象限运行四象限运行（1 1）正向运行电动状态（图）正向运行电动状态（图5-19)5-19)特征：工作在第一象限，如特征：工作在第一象限，如A A点。转速点。转速与转矩与参考正方向一致。能量与转矩与参考正方

6、向一致。能量P P从电从电网传向电动机，电动机作正功（重载）。网传向电动机，电动机作正功（重载）。如图如图5-185-18所示。所示。向上运行含向上运行含3 3个工作状态：电动、发个工作状态：电动、发电减速及正向回馈制动。电减速及正向回馈制动。向下运行也含向下运行也含3 3个工作状态：电动、个工作状态：电动、发电减速及正向回馈制动。发电减速及正向回馈制动。第五章第五章.第三节第三节 电梯的节能控制技术电梯的节能控制技术 一一.电梯的能量转换电梯的能量转换 Lab of IB&ALab of IB&ABring Ideas TogetherBring Ideas Together智能建筑及自动化

7、研究所（2 2）正向减速发电制动状态（图）正向减速发电制动状态（图5-19)5-19)特征：工作在第二象限，如特征：工作在第二象限，如B B点。转速点。转速与参考正方向一致与参考正方向一致,电磁转矩可能为负。电磁转矩可能为负。根据运动方程：根据运动方程：此时：此时：加速度为负加速度为负原因是：原因是：第五章第五章.第三节第三节 电梯的节能控制技术电梯的节能控制技术 一一.电梯的能量转换电梯的能量转换 Lab of IB&ALab of IB&ABring Ideas TogetherBring Ideas Together智能建筑及自动化研究所为保持：为保持：则：则：是常数。是常数。而而 是变

8、量，当是变量，当 很大时，很大时，需为一个小的正数。需为一个小的正数。而当而当 不是很大时，不是很大时，需为零或为负数。需为零或为负数。为负数，即意味为负数，即意味着电动机做负功着电动机做负功-发电。此时发电。此时 与与 方向相反。方向相反。发出电能发出电能P P的去向：的去向：交流电动机直接与电网相连，交流电动机直接与电网相连，则电能直接输向电网。则电能直接输向电网。当使用变频器向交流电动机供当使用变频器向交流电动机供电时，发电使变频器泵升压。电时，发电使变频器泵升压。解决方案：加放电能耗电阻。解决方案：加放电能耗电阻。第五章第五章.第三节第三节 电梯的节能控制技术电梯的节能控制技术 一一.

9、电梯的能量转换电梯的能量转换 Lab of IB&ALab of IB&ABring Ideas TogetherBring Ideas Together智能建筑及自动化研究所（3 3）正向运行回馈发电状态（图）正向运行回馈发电状态（图5-5-21)21)特征：工作在第二象限，如特征：工作在第二象限，如B B点。转点。转速与参考正方向一致速与参考正方向一致,电磁转矩恒为负。电磁转矩恒为负。无论电梯运行，还是减速制动时，无论电梯运行，还是减速制动时，电磁转矩恒为负，电动机处于发电磁转矩恒为负，电动机处于发电状态。减速时电磁转矩比运行电状态。减速时电磁转矩比运行时还要大，是负方向。时还要大，是负方

10、向。发出电能发出电能P P的去向：的去向：交流电动机直接与电网相连，交流电动机直接与电网相连，则电能直接输向电网。则电能直接输向电网。当使用变频器向交流电动机供当使用变频器向交流电动机供电时，发电使变频器泵升压。电时，发电使变频器泵升压。解决方案：加放电能耗电阻。解决方案：加放电能耗电阻。第五章第五章.第三节第三节 电梯的节能控制技术电梯的节能控制技术 一一.电梯的能量转换电梯的能量转换 Lab of IB&ALab of IB&ABring Ideas TogetherBring Ideas Together智能建筑及自动化研究所（4 4）反向电动运行状态（图）反向电动运行状态（图5-22)

11、5-22)特征：工作在第三象限，如特征：工作在第三象限，如C C点。转速、点。转速、电磁转矩与参考正方向相反。是轻电磁转矩与参考正方向相反。是轻载向下运行，负载主要是对重。载向下运行，负载主要是对重。各项电气参数与第一象限工作时相同。各项电气参数与第一象限工作时相同。只是电梯的运行方向相反。只是电梯的运行方向相反。第五章第五章.第三节第三节 电梯的节能控制技术电梯的节能控制技术 一一.电梯的能量转换电梯的能量转换 Lab of IB&ALab of IB&ABring Ideas TogetherBring Ideas Together智能建筑及自动化研究所（5 5）反向减速发电制动状态（图）

12、反向减速发电制动状态（图5-23)5-23)特征：工作在第四象限，如特征：工作在第四象限，如D D点。转速点。转速与参考正方向相反，转矩为正。是与参考正方向相反，转矩为正。是向下运行的减速阶段。向下运行的减速阶段。特征：与（特征：与（2 2）正向减速发电制动状态）正向减速发电制动状态相同，只是电梯运动方向相反。相同，只是电梯运动方向相反。第五章第五章.第三节第三节 电梯的节能控制技术电梯的节能控制技术 一一.电梯的能量转换电梯的能量转换 Lab of IB&ALab of IB&ABring Ideas TogetherBring Ideas Together智能建筑及自动化研究所，（6 6）

13、反向运行回馈发电状态（图）反向运行回馈发电状态（图5-5-24)24)特征：工作在第四象限，如特征：工作在第四象限，如D D点。转点。转速与参考正方向相反速与参考正方向相反,电磁转矩恒为正。电磁转矩恒为正。无论电梯运行，还是减速制动时，无论电梯运行，还是减速制动时，电磁转矩恒为正，电动机处于发电磁转矩恒为正，电动机处于发电状态。减速时电磁转矩比运行电状态。减速时电磁转矩比运行时还要大，是正方向。此种情况时还要大，是正方向。此种情况下，超载运行十分危险！当超载下，超载运行十分危险！当超载运行减速时容易引起变频器过载运行减速时容易引起变频器过载保护停电，使电梯在高速运行时保护停电，使电梯在高速运行

14、时电磁抱闸动作，会引起轿降剧烈电磁抱闸动作，会引起轿降剧烈振动。抱闸制动转矩小于电磁转振动。抱闸制动转矩小于电磁转矩矩-冲底！冲底！第五章第五章.第三节第三节 电梯的节能控制技术电梯的节能控制技术 一一.电梯的能量转换电梯的能量转换 Lab of IB&ALab of IB&ABring Ideas TogetherBring Ideas Together智能建筑及自动化研究所二二.制动时的节能控制制动时的节能控制 1.1.电梯的供电方式：电梯的供电方式：VVVFVVVF调速调速 2.2.能量逆变节能技术能量逆变节能技术 3.3.能量逆变及扩容节能技术能量逆变及扩容节能技术 4.4.共用直流母

15、排节能技术共用直流母排节能技术第五章第五章.第三节第三节 电梯的节能控制技术电梯的节能控制技术 二二.制动时的节能控制制动时的节能控制1.VVVF1.VVVF调速装置调速装置 Lab of IB&ALab of IB&ABring Ideas TogetherBring Ideas Together智能建筑及自动化研究所第五章第五章.第三节第三节 电梯的节能控制技术电梯的节能控制技术 二二.制动时的节能控制制动时的节能控制 传统的控制方法：当电梯处于制动状态发电时，电机端传统的控制方法：当电梯处于制动状态发电时，电机端电压高于变频器逆变电压，此时开关管内部的二极管电压高于变频器逆变电压，此时开

16、关管内部的二极管构成了全桥整流器，电流由电动机流向电容器，使电构成了全桥整流器，电流由电动机流向电容器，使电容器上电压升高。此过程称泵升压。见图容器上电压升高。此过程称泵升压。见图5-265-26 Lab of IB&ALab of IB&ABring Ideas TogetherBring Ideas Together智能建筑及自动化研究所第五章第五章.第三节第三节 电梯的节能控制技术电梯的节能控制技术 二二.制动时的节能控制制动时的节能控制2.2.能量逆变节能技术能量逆变节能技术Converter:Converter:可控整流器。当处于整流状态时，能够控制功率可控整流器。当处于整流状态时，

17、能够控制功率因数为因数为1 1；当电容上电压生高；当电容上电压生高5%5%时，实现向电网逆变电能，时，实现向电网逆变电能，起逆变器作用。起逆变器作用。逆变的电能，可供其他设备使用。逆变的电能，可供其他设备使用。Lab of IB&ALab of IB&ABring Ideas TogetherBring Ideas Together智能建筑及自动化研究所第五章第五章.第三节第三节 电梯的节能控制技术电梯的节能控制技术 二二.制动时的节能控制制动时的节能控制3.3.能量逆变及扩容节能技术能量逆变及扩容节能技术 在逆变器直流侧加巨容电容器，储存电能。当直流电压在逆变器直流侧加巨容电容器，储存电能。

18、当直流电压高于额定高于额定5%5%时，通过恒流充电电路向时，通过恒流充电电路向C C充电。当电动机充电。当电动机作功时优先释放作功时优先释放C C中能量，当中能量，当C C中电能放尽时再使用电中电能放尽时再使用电源电能。由于源电能。由于C C的电压较低，且是动态变化的，所以必的电压较低，且是动态变化的，所以必须使用须使用BoostBoost电路来升压。电路来升压。Lab of IB&ALab of IB&ABring Ideas TogetherBring Ideas Together智能建筑及自动化研究所第五章第五章.第三节第三节 电梯的节能控制技术电梯的节能控制技术 二二.制动时的节能控制

19、制动时的节能控制该节能技术特点：该节能技术特点：避免与电源能量交换，减少谐波污染避免与电源能量交换，减少谐波污染 当能量回馈给电网时，电度表不一定反转。还有可能正当能量回馈给电网时，电度表不一定反转。还有可能正 转。发电了还需要多付电费。转。发电了还需要多付电费。当能量回馈给电网时，含有大量谐波，虽然能够满足国当能量回馈给电网时，含有大量谐波，虽然能够满足国 标规定，但如果电梯较多时，谐波会严重污染电网。标规定，但如果电梯较多时，谐波会严重污染电网。仍需使用能量再生技术仍需使用能量再生技术 当在下班时段，频繁的能量回馈制动使当在下班时段，频繁的能量回馈制动使C C中的电能增加至中的电能增加至

20、电容额定电压，无法再充入电能时，只有向电网逆变。电容额定电压，无法再充入电能时，只有向电网逆变。便于与太阳能电池发电系统相融合。便于与太阳能电池发电系统相融合。BIPV技术是智能建筑的研究热点，一旦获得应用，则该技术是智能建筑的研究热点，一旦获得应用，则该技术与之配套。技术与之配套。Lab of IB&ALab of IB&ABring Ideas TogetherBring Ideas Together智能建筑及自动化研究所第五章第五章.第三节第三节 电梯的节能控制技术电梯的节能控制技术 二二.制动时的节能控制制动时的节能控制4.4.共用直流母排节能技术共用直流母排节能技术 Lab of I

21、B&ALab of IB&ABring Ideas TogetherBring Ideas Together智能建筑及自动化研究所第五章第五章.第三节第三节 电梯的节能控制技术电梯的节能控制技术 二二.制动时的节能控制制动时的节能控制该节能技术特点：该节能技术特点：避免与电源能量交换，减少谐波污染避免与电源能量交换，减少谐波污染 电梯群控时电梯群控时,6,6个变频器用电与逆变时刻此起彼伏个变频器用电与逆变时刻此起彼伏,互为充互为充放电放电,而不经过电网。可适当附加巨容电容而不经过电网。可适当附加巨容电容C C。仍需使用能量再生技术仍需使用能量再生技术 当在下班时段，频繁的能量回馈制动使当在下班

22、时段，频繁的能量回馈制动使C C中的电能增加至中的电能增加至 电容额定电压，无法再充入电能时，只有向电网逆变。电容额定电压，无法再充入电能时，只有向电网逆变。便于与太阳能电池发电系统相融合。便于与太阳能电池发电系统相融合。BIPV技术是智能建筑的研究热点，一旦获得应用，则该技术是智能建筑的研究热点，一旦获得应用，则该技术与之配套。技术与之配套。Lab of IB&ALab of IB&ABring Ideas TogetherBring Ideas Together智能建筑及自动化研究所第五章第五章.第三节第三节 电梯的节能控制技术电梯的节能控制技术 三三.轻载节能控制轻载节能控制1.1.什么

23、是轻载？什么是轻载？当电梯在平衡状态附近时，为轻载运行。当电梯在平衡状态附近时，为轻载运行。即即45%45%负载率附近。负载率附近。目前还有相当一部分电梯使用异步电动机，而异步电动目前还有相当一部分电梯使用异步电动机，而异步电动机在轻载时可以通过减少励磁实现节能运行。机在轻载时可以通过减少励磁实现节能运行。从电梯平衡上下行实验曲线可以看出平衡时：电梯的负从电梯平衡上下行实验曲线可以看出平衡时：电梯的负荷主要来自摩擦。荷主要来自摩擦。电梯轻载运行，是乘客人数最大概率事件，故轻载节能电梯轻载运行，是乘客人数最大概率事件，故轻载节能具有重大意义。具有重大意义。三三.电梯轻载节能控制电梯轻载节能控制

24、Lab of IB&ALab of IB&ABring Ideas TogetherBring Ideas Together智能建筑及自动化研究所第五章第五章.第三节第三节 电梯的节能控制技术电梯的节能控制技术 三三.轻载节能控制轻载节能控制 Lab of IB&ALab of IB&ABring Ideas TogetherBring Ideas Together智能建筑及自动化研究所第五章第五章.第三节第三节 电梯的节能控制技术电梯的节能控制技术 三三.轻载节能控制轻载节能控制2.2.基于矢量空间最小励磁电流的电基于矢量空间最小励磁电流的电梯轻载梯轻载节能节能技术技术 前述运动方程中，电磁

25、转矩与加前述运动方程中，电磁转矩与加速度成正比，而直流电动机转矩与电速度成正比，而直流电动机转矩与电流存在正比关系：流存在正比关系：矢量控制可以将非线性的交流电动机实现直流电动机控矢量控制可以将非线性的交流电动机实现直流电动机控制。目前电梯均已经采用了矢量控制。制。目前电梯均已经采用了矢量控制。图图5-315-31是矢量控制的是矢量控制的2/22/2变换原理。变换原理。-电磁转矩电磁转矩-转矩系数转矩系数-电枢电流电枢电流 Lab of IB&ALab of IB&ABring Ideas TogetherBring Ideas Together智能建筑及自动化研究所第五章第五章.第三节第三节

26、 电梯的节能控制技术电梯的节能控制技术 三三.轻载节能控制轻载节能控制 Lab of IB&ALab of IB&ABring Ideas TogetherBring Ideas Together智能建筑及自动化研究所第五章第五章.第三节第三节 电梯的节能控制技术电梯的节能控制技术 三三.轻载节能控制轻载节能控制 Lab of IB&ALab of IB&ABring Ideas TogetherBring Ideas Together智能建筑及自动化研究所定理证明略。详见中国电机工程学定理证明略。详见中国电机工程学报报20062006年第一期年第一期“基于矢量空间最小励磁电流的电基于矢量空间

27、最小励磁电流的电机机节能节能研究研究”第五章第五章.第三节第三节 电梯的节能控制技术电梯的节能控制技术 三三.轻载节能控制轻载节能控制 Lab of IB&ALab of IB&ABring Ideas TogetherBring Ideas Together智能建筑及自动化研究所定理的节能仿真结果见表定理的节能仿真结果见表5-15-1可见，当负载率为可见，当负载率为14%14%时，时，节电率达节电率达9%9%。第五章第五章.第三节第三节 电梯的节能控制技术电梯的节能控制技术 三三.轻载节能控制轻载节能控制 Lab of IB&ALab of IB&ABring Ideas TogetherB

28、ring Ideas Together智能建筑及自动化研究所 定理所述的节定理所述的节能方法不会影响电能方法不会影响电动机正常工作，见动机正常工作，见电动机速度、转矩电动机速度、转矩与电流的仿真结果。与电流的仿真结果。定理所述的节定理所述的节能方法还会使电动能方法还会使电动机脉动转矩减小，机脉动转矩减小，原因尚未清楚。原因尚未清楚。第五章第五章.第三节第三节 电梯的节能控制技术电梯的节能控制技术 三三.轻载节能控制轻载节能控制 Lab of IB&ALab of IB&ABring Ideas TogetherBring Ideas Together智能建筑及自动化研究所谢谢大家！谢谢大家！授课教师：丁授课教师：丁 宝宝 办公地点：逸夫楼办公地点：逸夫楼612612室室 联系方式：联系方式：1335972262613359722626