【摘要】顺应国家节能减排的政策，台达秉承环保、节能、爱地球的环保理念，凭借自身的研发实力，开发出主动式能量回生单元AFE2000，AFE2000采用先进的SVPWM的控制方法，不但能够将驱动系统回生的能量回馈到电网，节约电能，而且还可以改善电网的功率因数及有效的降低电网的谐波。通过实际在电梯上的应用，得到了很好的验证。
【Abstract】Comply with the national policy of energy conservation and emissions reduction, Delta uphold the concept of environmental protection, energy-saving, loving the earth, relying on its own research and development strength, develop the active energy unit retrogradation AFE2000, AFE2000 advanced SVPWM control method, not only can drive system anabiosis energy back to power grid, saving power, but also can improve the power factor of power grid and effectively reduce the power grid harmonic. Through practical application in the elevator, it has been well validated.
【关键字】AFE2000；能量回馈；电梯
【Keywords】AFE2000; energy feedback; elevator
根据中国电梯行业协会的统计数字，截至目前国内电梯的保有量约为250万台，国内每年销售的新梯正以50万台以上的速度递增，中国已经成为世界电梯超级大国。随着中国电梯数量的不断激增，一部普通的电梯每天约用电50~150度。按照每台电梯用电量80度/天,保守数量全国电梯250万台计算，每天消耗电能约为20000万度，每年的消耗的电能为720亿度,全国每年电梯消耗的电能接近三峡水电站一年的发电量，可见电梯消耗电能巨大。电梯节能需求刻不容缓，节能电梯将是未来电梯发展的必然趋势。
最近10年，无齿轮曳引机已经逐步取代了有齿机，比传统的有齿轮曳引机节能40%左右，在电梯节能上已经迈开了一大步，但电梯的能耗依然很大，和空调并称两大“电老虎”，节能需求依然迫切。近年来市场上又出现了电梯能量回馈装置，向电梯节能方向上又迈了一大步。
目前,国内绝大多数变频调速电梯均采用电阻消耗电容中储存电能的方法来防止电容过压。由于电梯运行过程中，通过电阻产生的热量非常之高，电阻局部温度通常都是在100℃以上，为了使机房温度降低到常温状态，让电梯免于因高温而产生故障，用户需要安装大排风量的空调或风机；在电梯功率较大的机房，往往需要空调、风机同时使用，或是多台空调、多台风机同时启动。在有些地方降温设备的耗电量往往比电梯的用电量还要高，用户明知能耗严重，却毫无办法。
1 电梯运行特性及现行节能方案
众所周知，电梯是往复运动的，在电梯重载上行和轻载下行时，曳引机处于电动状态，带动轿厢运动；而当电梯在重载下行和轻载上行时，曳引机是发电状态，曳引机所发的电会是驱动器的直流电压升高，为了保证驱动器的正常工作，必须将所发的电处理掉，传统的做法是在驱动器上加制动单元和制动电阻，以热损耗的方式将曳引机所发的电通过制动电阻消耗掉。
图1 曳引机电动态 图2 曳引机发电状态
由于曳引机所发的电被制动电阻以热能耗的方式消耗掉，没有有效的利用起来，目前也有一些方案可将这部份能耗加以利用，主要有以下几种：
（1）采用大电容储能的方式，在电梯曳引机处于发电状态时，通过电路给大电容来充电，而大电容的电能用来给驱动器的控制电路部分来提供电能；
采用大电容储能的方式实现了对所发的电再利用的一种进步，但是驱动器的控制电路部分功率很小，所以所消耗的电能也很小，因此曳引机所发的电能无法全部储存在大电容中，无法储存的部分还是需要通过制动电阻以热能的方式来消耗掉。
（2）采用蓄电池的储能方式，其实这种方式和采用大电容的方式的原理相同。
（3）更为简单节能方式是通过在电梯空闲状态下，将驱动器和照明的电源切断实现节能，其实这这种节能方式并没有电梯真正理解的能量消耗的方式。
以上的电梯节能方案都存在着无法真正实现节能的目的，或者只能将曳引机所发的电利用很少的一部分，而大部分还是通过制动电阻以热能的形式消耗掉，没有从根本上实现电梯的节能。
2 台达AFE2000能量回馈单元
台达凭借自身的研发实力，针对四象限运行的需要，开发设计了AFE2000能量回馈单元，AFE2000和变频器结合应用，可实现变频器的四象限运行。
AFE2000应用在电梯上面，从根本解决电梯的节能问题，在电梯处于电动状态时，AFE2000为电梯驱动器供电，并改善功率因子，降低谐波，而在电梯曳引机处于发电状态时，AFE2000可以将曳引机所发的电在逆变为和电网频率相位幅值完全相同的交流电，再回馈到电网中去，供周边其他设备使用，从而从根本上有效利用曳引机所发的电能。
图3 系统图及测试架构
3 AFE200电路原理
AFE2000采用IGBT整流，通过SVPWM的控制方式，由高性能中央控制器MCU控制电动会回馈状态，将电网交流电压整流为直流电压提供给电梯驱动装置变频器；当电梯处于电动出力时AFE2000提供能量给变频器；而当电梯处于回馈发电状态时，AFE2000将曳引机发的电转换为何电网相位幅值相同的交流电回馈到电网中。
图4 AFE2000原来框图
4 AFE2000电梯应用测试
在台达电子吴江厂的2号主管楼6层电梯的一台电梯上面安装AFE2000,通过一年多测试实际运行测试，能量回馈效果达到预期。
图5 系统图及测试架构
实际使用时，三相交流电梯通过电抗器连接至AFE2000，AFE2000和台达电梯一体机IED通过DCbus连接，当曳引机处于发电状态时，IED将曳引机所发的电通过DCbus传递到AFE2000，而AFE2000将直流电逆变为三相交流电回馈到电网中去。
图6 未加装AFE2000时 图7 加装AFE2000之后
通过对加装AFE2000和未加装AFE2000时进行实际运行测试，监视能量回馈和功率因子改善效果。
平均功率因子比较（其中含有AFE未工作时PF值）：
加装AFE2000前：功率因子=WK/VA=(345/395)×100%=87%
加装AFE2000后：功率因子=WK/VA=(261/280)×100%=93%
5 总结
台达AFE2000系列主动式电源回生单元能够将再生煞车能量直接回馈至市电电网，毋需将其转化为煞车电阻的热能。换句话說，可现变频器四象限运行，且进一步降低能源的消耗。如果系统的煞车功率大且操作在频繁的煞车过程，回生能量可经AFE2000回馈市电改善用电质量，将更能明显达到綠色节能效益，做到真正的「环保、节能、爱地球。
作者简介：
邵世锋，男，1980年出生，毕业于河南理工大学电子信息工程专业，现就职于台达电子应用技术中心项目工程师，曾从事变频器硬件研发及应用，现从事电能质量产品的应用解决方案及行业开发。
