1 前言 近年來全球能源供求關系日趨緊張，中國在2004年5月已經有24個省發生缺電現象，供需比例達到1：1.5左右。而作為耗電大戶的電梯，目前全國在用的數量已達到60萬臺左右。這些電梯中只有1.92%的電梯采用節能型的PM電梯曳引機（永磁同步無齒輪曳引機），數量僅約1.2萬臺。特別是10年前安裝的電梯則基本屬于嚴重耗電型。可以估算一下電梯的耗能情況：以2004年在用的55萬臺電梯計算，其中54萬臺的電機功率約在11~27千瓦。假設電梯一天使用8小時，平均每臺電梯耗電為15千瓦左右，則耗電為6480萬千瓦·時，再加上一些電梯全天開啟及電梯照明的用電，每天耗電近1億千瓦·時，每月耗電約26億千瓦·時，全年耗電約300億千瓦·時[1]。若電梯平均能節能30%，那么，一年內可以節電90億千瓦·時。相當于三峽電站2009年竣工后的一個多月的發電總量。在這種情況下，如何在電梯上考慮節約用電，緩解用電緊張已經在迫在眉睫。 2 應用PM曳引機的變頻調速電梯的節能原理[2] [3] 眾所周知，電梯是由電動機驅動的。電梯的能耗主要取決于調速控制方式優劣和所選擇傳動機構的性能。另外，先進的電梯調配與管理方式，也能起到節能的目的[4]。 （1） 電梯的調速方式，根據傳動用電動機采用電源的不同，分為直流調速和交流調速兩大類。直流調速由于其設備龐大，維護困難，將逐漸被淘汰出電梯領域。作為當今主流的電梯交流調速技術，經過了一個多世紀的漫長歷程，大致可以分為變極調速、調壓調速（ACVV）、變壓變頻調速（VVVF）等三個階段。變極調速、調壓調速等方式都屬于低層次、高能耗的技術。而變壓變頻調速技術屬于節能型先進技術。變壓變頻調速具有顯著的節能效果。以下按照電梯運行的不同階段來分析變壓變頻調速電梯的節能性。電梯運行可分簡化為起動、穩速運行、制動三個階段。 (a) 起動階段：ACVV 電梯在工頻(50Hz)下起動，由于電機轉差大，轉矩特性差，造成了3 ~5倍于額定電流的起動電流（無功電流占了一大部分），而VVVF由于在低頻條件下起動，無功電流小，從而大大降低了總的起動電流，降低了能耗。 (b) 穩速段：ACVV電梯在穩速運行段所消耗的能量在滿載和半載上行的條件下與VVVF控制的電梯相近。而在輕載上行（或重載下行）時，由于倒拉效應，ACVV電梯要從電網取得能量產生制動轉矩，而VVVF電梯工作在再生發電制動狀態，不需從電網中獲得能量。 (c) 制動段：ACVV電梯在制動段一般采用能耗制動方式，即從電網中取得能耗制動電流，電流變成熱能消耗在電機的轉子中，對于較大慣性輪的電機，能耗制動電流可達到60~80A，電機的發熱也比較嚴重。而VVVF電梯在制動段不需從電網中獲得任何能量，電動機運行在再生發電制動狀態，電梯系統的動能轉化成電能消耗在電機外部電阻上，不僅節能，而且也避免了制動電流引起的電機發熱現象。 經實際運行測算比較，采用VVVF控制的電梯，與ACVV調速電梯相比，節能達30%以上。VVVF系統還可以提高電氣系統功率因數，降低電梯線路設備的容量和電動機的容量達30%以上。 根據以上所述，可知VVVF變頻調速電梯具有明顯的節能特性，代表了電梯調速的發展方向，具有顯著的經濟效益和社會效益。 （2） 低速領域電梯（目前國內用得最多的是 2.5m/s的低速電梯）的傳動機構，在交流調速方式下，一般可分為兩大類：第一類為交流異步電機+減速箱結構；第二類為永磁同步電動機驅動的無齒輪曳引機。由于交流異步電機+減速箱結構系統中，異步機的效率與減速箱效率的乘積約為0.6，而永磁同步電動機驅動無齒輪曳引機的效率高達0.9以上，所以可以比交流異步電機+減速箱結構系統節能30%以上。 （3） 先進的電梯調配與管理方式,可以最大程度地充分利用電梯的垂直交通功能，盡量避免低效運行，甚至是無效的空駛，同樣也能夠起到節能的作用。 3 LEHY(菱云)電梯的節能特點 上海三菱電梯有限公司成功研制的LEHY小機房系列電梯，主要應用于住宅、商務樓的中高檔電梯產品。其蘊涵的技術達到了國際先進水平。其節能特點主要體現在以下幾方面： （1） LEHY采用微機網絡控制的變壓變頻（VVVF）空間電壓矢量控制交流調速技術。VVVF交流調速電梯比常規的調速電梯（如ACVV交流調壓調速電梯）每臺能節省電量近50%。以1.75m/s、1000kg、18層站規格電梯來說，平均每臺梯每年可節電達8760千瓦·時(兩臺工況相同的實際使用的VVVF、ACVV電梯一年運行測試結果)。 （2） LEHY采用了永磁同步電動機驅動的無齒輪曳引機（即PM曳引機）技術。在電梯技術最近十年的發展歷程中，PM曳引機因其節能，低振動，低噪音，安全性和可靠性高，結構尺寸小，環境污染少等多項優勢，替代傳統有齒輪曳引機已成為不可逆轉的趨勢。上海三菱電梯有限公司在這項新技術應用的浪潮中也一直走在國內同行的最前列。上海三菱電梯有限公司在上世紀九十年代就引進了采用了PM曳引機的中高速電梯，最先在國內電梯產品中應用了PM曳引機技術。并且經過不屑的努力，成功研制了應用于LEHY電梯的載重量630～1350kg、速度1～2.5m/s所有規格的電梯用PM曳引機系列，其性能均達到或超過了國內外著名廠商的產品。PM曳引機技術的采用使得LEHY電梯比傳統的異步電機驅動的蝸輪蝸桿曳引機電梯系統節約電能30~50%。而且PM曳引機日常維護簡便，又無須潤滑油，節約了大量的人力、物力。 （3） LEHY電梯的PM曳引機小型化、輕型化。由于PM曳引機的技術特點，其整機厚度及重量約為蝸輪蝸桿曳引機的1/4~1/2，如此大幅度減小曳引機的體積和重量，不僅減少了原材料的使用，也使電梯的小機房布置得心應手。 （4） 由于LEHY電梯是小機房電梯，其機房的平面面積與井道截面一樣大，約為傳統的電梯機房面積的三分之一到二分之一，節省了建材及土地資源。 （5） 采用VVVF矢量控制變壓變頻調速的無連桿門機，并采用速度、電流的雙閉環控制，不僅開關門更平滑，維修更方便，而且更加達到了節能的目的。 （6） LEHY電梯采用了先進的IPM功率模塊，IPM比先前技術的IGBT功耗小（即開關損耗小），降低了能源消耗，同時也節省了鋁制的散熱器材料。 （7） 使用了大規模ASIC電路和表面貼裝技術，極大地減少了雙列直插分立元氣件的使用，在實現相同功能情況下的印板面積的縮小（約只有原來的1/3），極大地減少了原材料的使用。并且同時又降低了器件的功率損耗。 （8） LEHY電梯是全電腦微機網絡控制，各個子系統均帶有獨立的CPU，而且相互間通過高效、高可靠性的CAN（現場總線）連接，所以故障率非常低，為客戶減少了大量的維修人力、物力，可以取得可觀的節能效應。 （9） 采用了具有更高抗干擾性能的DC3.3V低內核電壓CPU及其它低工作電壓的芯片（傳統的CPU和芯片是DC5V工作電壓），從而大大降低了控制印板的功率損耗。 另外，LEHY電梯還具有國際先進的調配功能和許多電梯節能功能，如： （1） 應用了專家系統、模糊邏輯和人工神經元網絡控制的電梯群控調配系統，極大地提高了電梯群控系統的效率，不僅縮短了乘客候梯時間30%以上，而且減少了電梯啟動、運行次數，從而達到了節能30%以上。 （2） LEHY電梯有轎廂照明自動熄燈和轎廂風扇自動停止的選擇功能，即：電梯在休眠時（沒有乘客需要服務時），將轎廂照明和風扇自動關閉，以達到節省大量電能的目的。 （3） 電梯的層站及操縱箱顯示在電梯不服務時，能夠自動變暗或熄滅，以節省電能。 （4） 具有防搗亂功能。即如果有小孩或他人惡意按壓了許多電梯的指令按鈕，電梯會根據稱量值，自動取消惡意指令，或者可以由乘客將無效指令按壓消除，避免電梯無效地亂跑，耗費大量的能量。 4 LEHY電梯的環保特點 節能和環保總是相提并論的。在LEHY電梯中使用了永磁同步無齒輪曳引機，該曳引機不僅僅省電，而且體積小、噪音小（比傳統的曳引機小10dB（A）以上、壽命長，無須加潤滑油，環保性能更好。另外，LEHY電梯的節能，本身就是環保的一大體現。 5 結論 LEHY電梯采用了國際先進的PM曳引機技術、VVVF變壓變頻驅動控制技術，同時又有先進的管理調配技術和節能功能，是代表當今國際先進水平的節能、環保型電梯，它的成功推出，對于推動中國的節能事業必將起到重要作用。 參考文獻 [1] 武漢通益電氣. 節能技術介紹，“電梯節能技術應用”[J]， 2005.5 [2] 李剛，沈大威. “變頻調速技術在電梯改造中的應用”[J]，節能技術，第21卷，2003.7，第4期：39~40 [3] 張福恩，吳乃優，張金陵，李秧耕. 《交流調速電梯原理、設計及安裝維修》[M]，機械工業出版社，1991 [4] 周志翔，劉劍. “超高速電梯發展中存在的問題與研究方向”[J]，控制工程，第10卷，2003.5：140~143 朱武標，甘靖戈，上海三菱電梯有限公司技術中心產品開發二部，200245 上海市閔行區江川路811號 信息來源于：中國電梯