（西继迅达(许昌)电梯有限公司河南省许昌市461000）
摘要：电梯对我们的日常生活有着十分重要的影响，在电梯使用过程中要充分考虑其节能设计，提升超级电容器在电梯中的节能设计，降低电梯的能耗。
关键词：电梯；超级电容器；节能
1.前言
通过对普通电梯和超级电容器电梯进行比较，提高电梯的节能研究，减少电梯能源的消耗。
2电梯用超级电容器节能装置的关键技术
目前主要采用的普通型双向DC-DC变换器能够实现在较宽范围内的电压变比，先逆变再整流，然而开关管使用过多，造成其结构和对开关管的控制和相互切换将更复杂，电能转换次数过多导致其效率降低。并且因为使用了多个开关管，通态损耗和开关损耗都相应增大，过多的能量会损耗在变压器、开关管和电路线路中。
本项目采用零电流谐振式DC-DC转换器可由普通DC-DC单元设计改进而成，其结构简单，元器件少，成本较低。由于电能转换次数较少，变换器效率较高，而且要求每个开关器件均在零电流时导通与关断，这样开关损耗只与导通电流有关而与开关频率无关。该转换器为谐振转换器，开关在零电流处转换，真正消除了开关损耗。由于超级电容器单体电压低，容量参数分散，这使得超级电容器串并联成模块时，必须采用电压均衡电路才能保护模块的安全和正常工作。传统的电压均衡电路采用电阻耗能法，要达到延长使用寿命的目的，就需要采用温升更低，均衡效率更高的均衡电路。本项目采用动态均衡电路，其原理是通过实时对单体超级电容器的电压进行采样，通过CPU智能识别每个超级电容器单体工作状况，通过电路控制，实现由电压高的超级电容器对电压低的超级电容器充电，达到电压均衡效果。其过程没有能量浪费，发热量极小，所以，在超级电容器模组充放电循环时，温升较低，因此有效提高了串联电池组中各电池的均衡性、使用寿命，以及节能效果。
3.超级电容在电机发电状态中的应用
判断曳引机处于发电状态的标志是规则电机要求功率小于零,其控制规律是:在直流母线电压达到上限值和电容电量未达到最大值,这两种情况同时发生的条件下,超级电筒开始充电,充满后,直流母线开始放电。曳引机回馈功率决定充电电流的大小,要确保充电电流在额定范围内,才能确保电梯的正常运行。
近几年,行业内工程技术人员针对曳引机的运行状态,在不断探究电梯节能系统的具体控制策略,采用方法包括交直交通用变频器的Simulink仿真。
综上所述,曳引机处于电动状态时,如果电容电压超过135V,双向DC-DC开始工作模式,控制方法包括两种:一种是超级电容有限放电,闭环控制双向DC-DC,使其电压保持恒定值,当超级电容器电压降至DC-DC时停止工作;另一种是超级电容横流放电,可以人为将这一数值设置为一个恒定值,对双向DC-DC进行闭环电流控制,当超级电容器电压降至135V时方可停止工作。对于恒定值I的确定需要采用电梯控制柜内的多个讯号,实施起来比较困难。可以通过实验取值简化操作过程,要保证I值一定的合理性,过大就会影响超级电容的放电效率,过小会导致放电时间太长,如果超级电容中存储的能量不能得到及时泻放,就会对回馈能量的再次吸收产生不利的影响。选取I值时就要综合考虑放电效率和放电时间两个重要的因素,选择常用的横流放电方式。
超级电能在我国已经逐步得到广泛应用。上海虹桥开发区的在建建筑-中国博览会会展综合体,将在其需要的400余部电梯中,安装200多部超级电容电梯。充分利用超级电容能源转化率高,散热性能好、不怕水的优势。据技术人员计算,依据超级电容高效节能的特点,其成本在3～5年内就可以用节省的电费收回。万一碰上停电或者故障,超级电梯中的存点仍然可以维持通风、通信和照明的要求,将节能点滴变身为应急电梯。
近年来,数名专家在对“超级电容节能电梯”进行多次鉴定,得出结论:超级电容凭借其较高水平的节能技术,将会取得很好的市场前景,受到更多人的好评与青睐。该技术通过有效减少电梯设备供电容量,实现节能的效果,并且不会对电网造成冲击和污染。与传统变频调速电梯相比,节能率可达30％。专家预测,如果越来越多的项目采用超级电容节能技术,我国用电浪费的现象将会得到有效的控制。太仓市特种设备学会组织专家对超级电容节能设备进行了一次应用型的测试,结果表明电梯节能中超级电容的节能效果明显,有很好的应用价值,值得被推广。
4.节能方案分析
在电梯节能技术方面，我国较为优秀的创新与专利技术在于超级电容器在电梯节能中的应用，即应用这一新型储能器件，利用超级电容回收、利用电梯制动电能。从运送总量分析，电梯在上与下时，差别不大，一般来讲，在这一过程中驱动电动机经常在“拖动用电工况”、“制动发电工况”二者间进行循环工作，前者指上行满载的情况，后者指下午满载的情况。因而从中可以看出，其降耗的关键还依然在于对这一过程的研究之中。超级电容器的应用，主要是使交流电源通过变频器，接入电动机，并与变频器制动单元相连接（增加一个超级电容储能模块，经充放电控制单元接入）。从作用方面分析，变频器是节能电气结构中发挥作用的主要方面，当电梯驱动电动机，制动发电时，会使制动电能反馈到变频器，从而达到使超级电容储能模块充电的目的（利用充放电控制单元）。当拖动与制动两种发电工况间适时交替工作时，其周期循环在一分钟内，因此可以得到这一超级电容器储能模块内的容量范围不大，通常相当于电动汽车蓄电池的百分之一容量。所以，超级电容器的应用成本较低。
5.实例分析
在我国，中国博览会会展综合体是上海最大的单体建筑，也是世界上最大的，当然对电梯的需求量也非常大，然而为了节省能量损耗，它安装了超过二百部此类备有超级电容器的电梯，自2010年世博会以来，这些电梯发挥了非常大的作用，据相关的电梯技术项目负责人所说，这些垂直电梯都以超级电容器第VI代为主，不但散热性能好，对能源的转化能力更高，其利用效率更高，而且还做到了防水功能。当电梯下行时，会把其中的能量储存起来，不但能够做到冲抵日常耗电的目的，还可以将其转化成电能，真正的将其作为储存能量以备不时之需，从这一大规模的应用可以看出其集中起来的力量有多大，也可以理解到当其超过400多部时将带来的真正的效益，例如可以以每一部装有超级电容器的电梯为例，当其节能率史苏倩达25%～30%时，若国博综合体年度电达到一百万度以上，就可以使一千二百户居民的年用电量得到保证，从此可以推算出三至五年时间即可将成本收回，因此来看，超级电容器的使用，可以大大的降低成本，也可以真正达到节能的目的，可谓一举两得。最为主要的用途可以使节能电梯做到应急之用，也就是说，当遇到停电问题或者电梯故障时，节能电梯即可利用储存的能量来解决这些问题，比如对于通风的维持、对于照明功能的维持，对于通信功能的维持等，也可以使里边的人在平层安全撤出。
根据相关专家项目的评定，我国出现了这一超级电容节能电梯项目研究与应用，经过近几年的试运行与真正的推广应用，其效能良好，也在市场上得到了一定认可，不但从技术上领先于国际同问题的水平，同时也在当前市场上取得了较好的口碑与评价，因而可以说其应用前景十分可观。
其技术核心被称作电梯用变频曳引设备节能系统，其原理是将上行与下行时的轻载和重载所产生的能量，利用超级电容器储存起来，然后利用连接于其上的变频器，将其导入直流母线，从而使电梯设备在供电容量方面得到降低，进而达到节能效果，从环保的角度讲，它不会给电网带来冲击与污染问题。和传统的电梯比较，其综合节电率甚至可以达到百分之三十，据估计，若把我国的这一技术应用于全国的一半电梯之中，那么其节省电能即可相当于我国刘家峡水电站在平均一年正常情况下的发电量，可见其节能技术带来的利益何其大。
5.结束语
综上所述，在当前电梯设计的过程中要充分考虑超级电容电梯的节能设计，减少电梯的能源消耗。
参考文献
[1]张慧妍.超级电容器直流储能系统分析与控制技术的研究[D].中国科学院研究生院(电工研究所),2016.
[2]曹智超,罗正卫,成亮,等.电梯用超级电容器节能与应急平层装置的研究[J].建筑节能,2015,9:57-60.