能量回馈技术在电梯上的应用分析和节能效果探讨
摘 要：文章从能量回馈技术入手，探讨了该技术在电梯节能中
的实际应用，并对有源能量回馈器在电梯节能方面的效果和推广电
梯节能的必要性进行了分析和介绍，以达到节电和改善系统运行环
境的目的。
关键词：能量回馈器；节能；电梯
前言
随着经济的快速发展，电梯的使用也越来越普遍，当然由电梯消
耗的电能也日益增多，如何节约资源，降低能耗是我们研究的重点。
使用能量回馈型节能电梯还可以节约开发成本和节省电费由于采
用高效无齿轮节能主机和无齿轮曳引主机，使电机的功率和电梯的
主电机功率大大减小，使消耗的电和变频器的功效均大幅度降低。
1 能量回馈技术的分析与研究
1.1 能量回馈技术的特点
能量回馈技术在国内已经有了研究和发展，并且有与之相关的产
品问世。能量回馈系统中的拓扑结构，由于其功率开关的器件不同
而可以被分为全控器件型结构以及半控器件型结构两大类。全控型
器件，如ipm、gtr、igbt或mosfet的结构特点为动态响应迅速、
集成度和开关频率高，并且利用这类全控型器件还能够使系统的效
率大大提升。半控器件型结构又称晶闸管型器件结构，这类结构中
的晶闸管具有超强的耐浪涌冲击、耐流和耐压能力，这是比全控型
功率器优越的地方，并且价格较低，保护和驱动电路简单。
1.2 能量回馈技术的节能原理
有源能量回馈器主回路结构主要由滤波电容、串联电感、三相
igbt全桥和外围电路组成，如图1。电梯变频器的输入端和有源能
量回馈器的输出端相连，有两个隔离二极管vd1和vd2与输入端相
串联后与变频器的pn 线相接。
图中虚线框内的控制电路的软件设计冗余度高，该电路是由外围
信号采样器以及单片微机可编程逻辑芯片组成的，这种设计和结构
能够使控制电路自动地识别三相交流电网的相位、相序、电流及电
压的瞬时值，确保直流电可以立即回馈到交流电网，有序地控制智
能功率模块即ipm 的工作状态。该有源能量回馈器的功能，如图2。
电梯节能在电梯技术的研究和发展中一直被广泛关注，主要有关
于电梯驱动控制系统、能量回馈系统和电梯曳引机驱动技术方面的
节能。电梯节能的关键是收集和利用电梯曳引机在发电的过程中产
生的电能。现阶段处理这部分能量的方法是采取能耗制动，也就是
在大功率电阻中利用外加的或者内置的制动电阻消耗电能。这样由
电阻而产生的热量不仅对电梯控制柜周围的环境造成污染，而且还
会造成能量的损毁。有数据统计，25%至35%的电梯用电总量被制动
电阻消耗了，有源能量回馈系统的功能是把制动电阻消耗的电能逆
变转化成交流电，而后回输到电气设备中或附近的电网中继续利
用，通常能量逆变的效率为85%左右。由此得出，电梯能量回馈系
统可以节约21%至30%的能量，而且节能的效果会随着电梯速度的
加快和楼层增高而提升。
2 有源能量回馈器在电梯节能方面的应用分析
能量回馈技术通常在高速电梯和超高速电梯上被运用。高速电梯
及超高速电梯因快速制动会产生泵升电压，而一般的外加制动电阻
的能耗制动却无法立即将其控制，此时就会造成电极的绝缘、电解
电容和开关器件的损坏，甚至整个系统的安全都会因此受到威胁。
2.1 能量回馈节能技术在电梯节能中的实践应用
制动高速电梯和超高速电梯制动时，如果使用一般的外加制动电
阻，消耗的能量会很多，并且电阻的发热现象也会很严重。改善发
热和系统制动的问题是能量反馈技术在高速电梯和超高速电梯上
得以运用的关键。大多数中低速电梯采用能量回馈技术没有很大的
意义，因为它们使用的是蜗轮蜗杆减速的驱动主机，然而这种主机
反传动的效率不高。目前，在中低速电梯上运用永磁同步无齿传动
技术是为能量回馈技术的使用奠定基础。现在很多电梯公司都已经
陆续发现了在中低速电梯上运用永磁同步无齿传动技术的重要性，
并开始关注。
2.2 电梯运行过程中的能量流动
电梯通过变频调速达到最高运行速度后，此时电梯的机械功能最
大，而电梯若要抵达目标层，则需要逐渐减小运行速度至电梯静止，
整个过程电梯进行了机械能的释放。在整个过程中，电动机能够利
用变频调速器把机械能转化为电能在直流环节变频器的大电容中
存储，而大电容的容量也是有限的，由机械功能转化而来的电能也
会发生满溢事故。然而，若没能及时地释放储存在大电容之中的电
量，则也可能发生电容过压现象。电梯这一势能性负载由对重平衡
块与载客轿厢构成，可以均匀地将负荷拖动。欲使对重平衡块与轿
厢的质量平衡，那么此时的轿厢载重量就要保持在50%左右，在电
梯运行的过程中，若没有达到这种情况则对重平衡块与轿厢之间就
会产生机械势能和质量差。电梯质量较重的装备在下行的过程中，
机械势能会逐渐减小，这部分变化的机械势能经电动机被转化成为
变频器直流环节大电容器储备的电能。电梯质量较重的装备在上行
的过程中，机械能增大，这部分能量是通过电动机由电网的电能转
化而来。
3 推广电梯节能的必要性
目前，存在着持续性的、全国范围的电能紧张问题，我国经济的
发展受能源问题的制约，为此党中央和国务院提出把节约放在首位
的经济工作任务，构建节约型的消费与产业结构。能量回馈型节能
电梯绿色环保，它可以改善环境，利用特定的回馈装置把电梯在运
行时产生的再生制动能量回收到电网，确保源侧电流是标准的正弦
波波形，而且免维护、高效率的无齿轮曳引机的使用，使电梯无需
加油，是真正的绿色产品，不仅保护环境，而且节能。我们可以针
对全国电梯耗电量假设性地估算一下，如果全国实际运行的有100
万台电梯，单位数量的电梯每日运行3小时，单台电梯消耗的功平
均为15千瓦， 则一天中全国所有电梯的功耗为4500万度，一年
的功耗可至160亿度，大约为中等城市全年的居民生活和工农业生
产的用电量之和。然而，若应用节能电梯，且电梯都采用能量回馈
技术，则全年的节电量就可达到65亿度。
4 结束语
现阶段在国内的电梯行业领域，会投入大量精力在乘感舒服度与
外观的装潢方面，而对于节能问题的研究较少，几乎找不到有什么
法规可以对其能耗有所规制，仍然有很多电梯使用超过了10年，
而且非常耗能的老旧电梯扔在使用中。能量回馈型节能技术在电梯
节能的实际应用中举足轻重，节电效果显著，能为我国带来巨大的
社会效益与经济效益，从而为我国政府构建节约型社会贡献力量。
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