Los proveedores de equipos de ahorro energético para ascensores le recuerdan que, con la continua mejora de la conciencia ambiental, la conservación y la protección del medio ambiente se han convertido en una política nacional fundamental con gran relevancia práctica, promovida por China. En la cada vez más competitiva industria de los ascensores, la adopción de nuevas tecnologías, velocidades más rápidas y cargas más pesadas son los aspectos más destacados que resaltan las ventajas de los productos. Sin embargo, es innegable que los beneficios económicos y ambientales de los ascensores una vez puestos en funcionamiento también son factores a considerar al adquirirlos.
1、 Estructura básica y estado de funcionamiento de los ascensores
1. Estructura básica del ascensor
Hoy en día, los ascensores se componen principalmente de sistemas de tracción, sistemas de guía, sistemas de cabina y sistemas de puertas. Estos incluyen un sistema de equilibrio de peso, un sistema de accionamiento eléctrico, un sistema de control eléctrico, un sistema de protección de seguridad, etc. Estos componentes se instalan en el hueco y la sala de máquinas del edificio, respectivamente. Generalmente, se utiliza una transmisión por cable de acero, que se enrolla alrededor de la rueda de tracción y conecta la cabina y el contrapeso en ambos extremos. La máquina de tracción acciona la rueda de tracción para elevar y descender la cabina.
2. Análisis del estado de funcionamiento del ascensor:
Cuando el ascensor sube, consume energía, y cuando desciende desde una altura, libera energía. La carga arrastrada por la máquina de tracción en el ascensor está compuesta por la cabina de pasajeros y el contrapeso. Para equilibrar la carga de arrastre, ambas solo se equilibran cuando la carga de la cabina se suma al 50% de la carga nominal de la cabina (por ejemplo, un ascensor de pasajeros con una carga de 1050 kg tiene aproximadamente 7 pasajeros). Aunque este movimiento cambia el punto máximo de consumo de energía, no puede cambiar el consumo de energía promedio. En uso real, la frecuencia de ocurrencia del peso del contrapeso es relativamente baja, ya que el peso de la cabina más el peso de los pasajeros es exactamente igual al peso del contrapeso. Por lo tanto, el estado operativo de los ascensores es básicamente un estado desequilibrado, y también es muy probable que la cabina descienda cuando haya muchos pasajeros y vuelva a subir cuando haya pocos o ningún pasajero. Si la primera situación ocurre cuando se libera la energía potencial gravitatoria de los pasajeros y la segunda cuando se libera la energía potencial gravitatoria del contrapeso, debido al efecto de la carga potencial, la velocidad es mayor que la velocidad síncrona; es decir, cuando n > n0, la tasa de deslizamiento s = (n0 - n)/n0 < 0, la fuerza electromotriz inducida por el rotor se invierte, el devanado del estator realimenta energía eléctrica a la red, y la dirección T es opuesta a la dirección de la velocidad. El motor no solo realimenta energía eléctrica, sino que también genera par de frenado mecánico en el eje. La sentencia es: Sin embargo, debido a la irreversibilidad del circuito rectificador CA/CC del convertidor de frecuencia del ascensor, la electricidad generada no puede realimentarse a la red, lo que provoca un aumento de la tensión en ambos extremos del condensador del circuito principal y la generación de una "tensión de bombeo". Generalmente, los ascensores de frecuencia variable utilizan resistencias para consumir la energía eléctrica almacenada en los condensadores y evitar así la sobretensión. Durante el funcionamiento del ascensor, estas resistencias emiten una gran cantidad de calor (con una temperatura superficial superior a 100 °C), y este desperdicio de energía representa entre el 25 % y el 45 % del consumo eléctrico total del ascensor. El consumo de energía de las resistencias no solo reduce la eficiencia del sistema, sino que también genera una gran cantidad de calor que acelera el flujo de polvo en el aire de la sala de máquinas, absorbe electricidad estática y afecta gravemente al entorno del armario de control del ascensor. Al mismo tiempo, el aumento de temperatura acorta significativamente la vida útil de los componentes originales del ascensor, lo que prolonga el envejecimiento y las averías. Para reducir la temperatura de la sala de ordenadores a la temperatura ambiente y evitar averías en el ascensor causadas por altas temperaturas,Los usuarios necesitan instalar aires acondicionados o ventiladores con grandes volúmenes de extracción. En salas de máquinas con ascensores de alta potencia, a menudo es necesario encender simultáneamente varios aires acondicionados y ventiladores. Esto convierte a los ascensores y al aire acondicionado en los "tigres eléctricos" que más energía consumen.
2、 Principio de funcionamiento del dispositivo de retroalimentación de energía del ascensor
Para ahorrar energía en ascensores, la clave reside en aprovechar la energía eléctrica generada por la máquina de tracción durante la generación de energía. La energía generada por la resistencia de frenado se convierte de nuevo en corriente alterna (CA) mediante inversión de potencia, se suministra a otros equipos eléctricos o se devuelve a la red eléctrica. La eficiencia general de inversión de energía ronda el 85 %, y el consumo de la resistencia de frenado, mencionada anteriormente, representa entre el 25 % y el 45 % del consumo total de electricidad del ascensor. Si la planta es más alta o la velocidad del ascensor es mayor, el efecto de retroalimentación de la energía eléctrica será más evidente. La estructura del circuito principal del sistema de retroalimentación de energía se compone principalmente de condensadores de filtrado, tres puentes completos IGBT, inductores en serie y circuitos periféricos. La entrada del sistema de retroalimentación de energía del ascensor está conectada al bus de CC del convertidor de frecuencia del ascensor y la salida a la red eléctrica. Cuando la máquina de tracción del ascensor funciona en modo eléctrico, todos los interruptores del sistema de retroalimentación de energía están apagados. Cuando la máquina de tracción opera en modo de generación de energía, la tensión de la bomba en el bus de CC del convertidor de frecuencia aumenta y cumple con otras condiciones de inversión. Posteriormente, el sistema de retroalimentación de energía comienza a funcionar. A medida que la energía actual de CC se realimenta a la red, la tensión del bus de CC disminuye hasta alcanzar el valor establecido, momento en el que el sistema deja de funcionar.
El inversor activo, que convierte la energía eléctrica de CC en CA, es la esencia de la retroalimentación energética del ascensor. Su propósito es realimentar la energía eléctrica generada por la máquina de tracción durante la generación de energía a través del inversor, logrando así el ahorro energético y evitando la contaminación de la red eléctrica causada por la salida del inversor. Por lo tanto, en el proceso de retroalimentación energética generado por la máquina de tracción, se deben cumplir cuatro condiciones de control en términos de fase, voltaje y corriente:
a) El sistema no puede arrancarse de forma fortuita. El inversor solo arrancará y proporcionará realimentación de energía cuando la tensión del bus de CC supere el valor establecido.
b) La corriente del inversor debe satisfacer la demanda de potencia de retroalimentación y no puede exceder la corriente máxima permitida por el circuito inversor;
c) El proceso del inversor debe estar sincronizado con la fase de la red eléctrica, y la retroalimentación de energía a la red eléctrica debe estar en el extremo de alto voltaje de la red eléctrica;
d) Minimizar al máximo la contaminación de la red eléctrica provocada por el proceso inversor.
3、 Diseño de hardware del sistema de retroalimentación de energía del ascensor
1. Circuito inversor de potencia
En el circuito inversor de potencia, la corriente continua almacenada en el bus de CC del convertidor de frecuencia del ascensor durante el funcionamiento de la máquina de tracción en el estado de generación de energía se convierte en corriente alterna controlando el encendido y apagado del interruptor. Este circuito es el principal del sistema de retroalimentación de energía del ascensor, cuyas estructuras varían según la clasificación de los circuitos inversores. Al controlar el encendido y apagado del interruptor, la corriente continua almacenada en el bus de CC del convertidor de frecuencia del ascensor durante el funcionamiento de la máquina de tracción en el estado de generación de energía se convierte en corriente alterna. En un circuito, los interruptores superior e inferior del mismo brazo del puente no pueden conducir simultáneamente, y el tiempo y la duración de conducción de cada elemento se controlan según el algoritmo de control del inversor.
2. Circuito de sincronización de red
El control de sincronización de fase desempeña un papel fundamental para que el elevador pueda realimentar eficazmente la energía del bus de CC a la red eléctrica. El circuito de sincronización de red adopta la sincronización de tensión de la línea de red y, para evitar zonas muertas durante la conmutación, los interruptores operan a 120 grados en el mismo brazo del puente. La relación lógica entre la señal de sincronización de red y la señal de cruce por cero de la red eléctrica se obtiene mediante un comparador, y la relación entre la señal de sincronización de red de cada dispositivo de conmutación y la tensión de la red eléctrica se obtiene mediante la simulación Multisim. Cada interruptor tiene un ángulo de trabajo de 120 grados y está espaciado 60 grados en secuencia. En todo momento, solo dos tubos de conmutación en el puente inversor son conductores, lo que garantiza un funcionamiento seguro y fiable. Además, cada dos interruptores operan en el rango de tensión más alto de la red eléctrica, lo que resulta en una alta eficiencia del inversor.
3. Circuito de control de detección de voltaje
Debido a la alta tensión en el bus de CC del convertidor de frecuencia del elevador, es necesario utilizar primero resistencias para la división de tensión, y luego aislar y reducir la tensión del bus mediante sensores de tensión Hall, convirtiéndola en una señal de baja tensión. El circuito de control de detección de tensión adopta el método de comparación por rastreo de histéresis, que añade retroalimentación positiva basada en el comparador y proporciona dos valores de comparación para este: los umbrales superior e inferior. Implementado mediante circuitos de hardware, el control es rápido y preciso. El circuito de control de detección de tensión no solo evita la superposición instantánea de señales de interferencia sobre la señal de tensión, lo que provoca oscilaciones en el estado de salida del comparador, sino que también evita que el sistema de retroalimentación de energía se inicie y cierre con demasiada frecuencia.
4. Circuito de control de detección de corriente
En el proceso de retroalimentación de energía, la corriente debe cumplir con sus requisitos de potencia, y la potencia realimentada a la red debe ser mayor o igual a la potencia máxima cuando la máquina de tracción está en estado de generación; de lo contrario, la caída de tensión en el bus de CC seguirá aumentando. Cuando la tensión de la red eléctrica es constante, la potencia de retroalimentación de energía del sistema está determinada por la corriente de retroalimentación. Además, la corriente de retroalimentación debe limitarse al rango nominal del dispositivo de conmutación de potencia del inversor. Además, la reactancia de choque entre la red eléctrica y el inversor permite el paso de grandes corrientes, minimizando al mismo tiempo el volumen del reactor. Por lo tanto, la inductancia del reactor debe ser pequeña para garantizar la retroalimentación de energía. La velocidad de cambio de corriente es muy rápida. El uso simultáneo del control de histéresis de corriente puede controlar eficazmente la corriente de retroalimentación y prevenir accidentes por sobrecorriente.
5. Circuito de control principal
La unidad central de procesamiento del sistema de retroalimentación de energía del ascensor es el circuito de control principal, que controla el funcionamiento de todo el sistema. Este circuito consta de un microcontrolador y circuitos periféricos que generan ondas PWM de alta precisión basadas en algoritmos de control. Por otro lado, el control de fallos IPM, basado en la señal de sincronización de la red, garantiza la implementación segura y eficaz de todo el proceso de retroalimentación de energía.
6. Circuito de control de protección lógica
La señal de sincronización para la conexión a la red, las señales de control de tensión y corriente, la señal de fallo de IPM y la señal de accionamiento emitida por el circuito de control principal deben pasar por el circuito de control de protección lógica para su funcionamiento lógico y, finalmente, enviarse al circuito inversor para controlar el proceso de retroalimentación. De esta manera, se garantiza la sincronización de la salida de CA del inversor con la red y se bloquea la señal de accionamiento en caso de sobrecorriente, sobretensión, subtensión y fallos de IPM en el circuito, deteniendo así el proceso de retroalimentación de energía.
Debido a que el sistema de retroalimentación energética del ascensor solo se activa cuando la máquina de tracción está en estado de generación, su vida útil es mayor que la del ascensor. Por lo tanto, es importante promover activamente la aplicación de sistemas de retroalimentación energética en ascensores, en términos de principios, efectos de ahorro energético y rendimiento, en el entorno energético cada vez más escaso actual. Esto no solo crea un entorno saludable y ecológico que ahorra energía, sino que también responde al llamado del país y del gobierno para la conservación y reducción del consumo de energía, y a la construcción de una sociedad orientada a la conservación, contribuyendo así a los esfuerzos nacionales en materia de conservación de energía y reducción de emisiones.