MDFB能量回馈单元在电梯中的应用

     目前全球能源危机已日益加重，2004年我国颁布了《中国人民共和国节约能源法》，节约能源已作为我国的一项基本国策，因此几乎所有的工业系统都开始提倡“绿色”产品。
     据中国电梯协会提供的信息显示，全国在用电梯总保有量已超过90万台，成为世界上电梯总保有量最多的国家。而且，随着我国城市化进程进入快速发展期，每年都将有超过15万台新增电梯（新增电梯数量世界第一）投入使用。因此，电梯的节能问题已成为当前电梯制造企业和社会各方面需要共同面对和关注的重要课题。

电梯能量回馈的工作原理
       在绝大多数的变频控制电梯中，通常采用的都是单PWM控制系统，即由二极管等不可控整流器件对交流电源进行整流，经过中间电容的滤波稳压，最后通过PWM控制逆变器输出电压频率可变的交流电供给电梯曳引机，从而控制电梯。这样的系统一般存在功率因数低、电网侧谐波污染严重，无法实现能量的再生利用。图1是采用传统的单PWM控制系统与能量回馈单元结合的系统，该系统能实现能量的双向流动，实现电机四象限运行，是高质量能量回馈技术的最新技术之一。
      对于电梯控制系统来说，当电梯轿厢重量小于电梯配重重量时，电梯上行势能转化为电能向变频器回馈能量，即发电运行；电梯下行时需要电动机拖动负载作功，电动机从电网中消耗电能，即电动运行；反之当电梯轿厢重量大于电梯配重重量时，则上行为电动运行，下行为发电运行。发电运行中，未加能量回馈单元的变频器将电梯反馈的能量消耗在制动电阻上，而如图1所示在加入能量反馈单元后，采用一定的控制方法，将存储在电容中的能量转变为与电网同频率、同相位、同幅值的交流电能回送给电网，实现能量自动回馈，供电梯周边设备用电，既能达到节电的目的，又能改善电梯控制系统的工作环境。
能量回馈单元选用技术方案
      选择合适的能量回馈单元，就必须考虑现场的工况条件以及能量回馈单元的技术指标。每个现场的工况几乎都是不相同的，但是可以通过变频器的技术指标进行选择。在电梯运行过程中，处于电动状态或者发电状态时的功率曲线都是动态变化的曲线。

图2中电梯上下运行中，消耗的功率曲线图，其中功率为正，表明电梯使用电网能量，完成电梯运行；而功率为负，表明电梯将势能转化为动能，通过能量回馈单元将能量反馈到电网上。另外，图中功率消耗都会出现一个峰值的情况，而功率的幅值就决定了电流的大小，而且实际控制的是回馈电流，使之与电网同相位，再回馈给电网。所以选择能量回馈单元应该关注电梯运行中回馈峰值电流而不是平均电流。因此，在明确电机实际发电功率峰值后，回馈单元功率必须大于或等于这个功率；在不能估算电动机发电功率的情况下，考虑到电机发电功率小于变频器功率（电动机效率的原因），所以通常可以选择回馈单元功率比变频器功率小一档即可。

MDFB能量回馈单元在电梯应用中的节能数据
      为了充分反映电梯在制动单元工作状态和使用能量回馈单元时的能耗情况，我们分别对于曳引机为同步电机和异步电机在不同载重的工况下进行了能耗上的测量。虽然不同厂家的电梯各项参数可能有所不同，安装好后的电梯的运行工况（如平衡系数、运行时间与待机时间、负载率等）也不尽相同，但此处的测试数据可以反映电梯使用MDFB能量回馈后的情况，如表1所示。
     试验中在使用制动单元和使用MDFB能量回馈单元两种情况下，分别对同步电机系统和异步电机系统在0%、10%、20%、40%、50%、60%、80%、100%、110%的负载情况下进行试验。试验方法是，电梯从最底层运行到最高层，然后正常开关门，再从顶楼运行到底层，累计50次的运行，采用专门的功率测试仪器对电机的功率进行测量。
图3是永磁同步电动机的试验结果，图4是异步机的试验结果，图表中反映出使用能量回馈单元与使用制动单元的能耗情况，以及不同负载情况下的节电率。不论是同步电机还是异步电机的驱动系统，使用MDFB能量回馈单元都能在一定程度上节省电量。从曲线的变化上可以分析出，当电梯处于满载和空载运行时，节电效果比较明显，最高节电率可以达到55%。从图3和图4中也可以计算出如果永磁同步电机系统与异步电机系统处于同样的工况下，其节电率高于异步电机。
      根据试验的结果可知，在空载和满载的时候，节电效果都很明显。因此不管是同步电机还是异步电机的系统，在空载条件和满载条件下，MDFB能量回馈单元的意义就显得尤为突出。在人流比较大的情况下或者在住宅电梯、别墅电梯等乘客少的梯种，推荐使用MDFB能量回馈单元，将取得显著的经济效益。
     绿色节能之路是电梯的未来发展之路，使用双PWM功率模块的四象限电梯驱动器技术也已经成熟，相信未来也将有许多厂家设计四象限电梯驱动器。
       回收电梯再生能源，同时也降低了电梯运行中的发热量，将大大降低电梯控制系统的故障率，延长使用寿命。目前能源已日益紧张，我国又是能源消耗大国，提倡节能、绿色环保势在必行。因此，使用能量回馈装置收集电梯再生能源符合我国经济的发展趋势，将得到广泛应用。