엘리베이터 에너지 절약 장비 공급업체들은 환경 의식이 지속적으로 향상됨에 따라 에너지 절약과 환경 보호가 중국이 주창하는 실질적인 중요성을 지닌 기본 국가 정책으로 자리 잡았음을 알려드립니다. 오늘날 경쟁이 치열해지는 엘리베이터 산업에서 신기술 도입, 더 빠른 속도, 더 무거운 하중은 제품 장점을 부각하는 가장 중요한 요소입니다. 하지만 엘리베이터 사용 후의 경제적, 환경적 이점 또한 엘리베이터 구매 시 반드시 고려해야 할 요소라는 점을 부인할 수 없습니다.
1. 엘리베이터의 기본 구조 및 작동 상태
1. 엘리베이터의 기본 구조
오늘날 엘리베이터는 주로 권상기 시스템, 유도 시스템, 카 시스템, 그리고 도어 시스템으로 구성됩니다. 무게 균형 시스템, 전기 구동 시스템, 전기 제어 시스템, 안전 보호 시스템 등으로 구성되며, 이러한 부품들은 각각 건물의 승강로와 기계실에 설치됩니다. 일반적으로 스틸 와이어 로프 구동 방식을 사용하는데, 스틸 와이어 로프는 권상기 바퀴에 감겨 양쪽 끝에서 카와 균형추를 연결합니다. 권상기는 권상기 바퀴를 구동하여 카를 올리고 내립니다.
2. 엘리베이터 운행 현황 분석 :
엘리베이터가 위로 올라갈 때 에너지를 소모하고, 높은 곳에서 내려올 때 에너지를 방출합니다. 엘리베이터의 견인기가 끌어당기는 하중은 승객 카와 균형추로 구성됩니다. 저항 하중을 균형 잡기 위해, 두 개의 균형은 차량 하중에 차량 정격 하중의 50%를 더할 때만 균형을 잡습니다(예를 들어, 하중이 1050kg인 승객용 엘리베이터는 승객이 약 7명입니다). 이러한 움직임은 에너지 소비의 피크 지점을 변경하지만 평균 에너지 소비를 변경할 수는 없습니다. 실제 사용에서 균형추의 무게가 발생하는 빈도는 비교적 낮습니다. 차량의 무게에 승객의 무게를 더한 값이 균형추의 무게와 정확히 같기 때문입니다. 따라서 엘리베이터의 작동 상태는 기본적으로 불균형 상태이며, 승객이 많을 때 차량이 내려가고 승객이 적거나 없을 때 다시 올라갈 가능성도 매우 높습니다. 첫 번째 상황은 승객의 중력 위치 에너지가 방출될 때 발생하고, 두 번째 상황은 카운터웨이트의 중력 위치 에너지가 방출될 때 발생합니다. 잠재 부하의 영향으로 속도는 동기 속도보다 높습니다. 즉, n>no일 때 슬립률 s=(no - n)/no<0이고, 회전자 유도 기전력은 역전되고 고정자 권선은 전기 에너지를 그리드로 되돌리며, T 방향은 속도 방향과 반대입니다. 모터는 전기 에너지를 되돌릴 뿐만 아니라 샤프트에 기계적 제동 토크를 생성합니다. 문장은 다음과 같습니다. 그러나 엘리베이터 주파수 변환기의 AC/DC 정류 회로의 비가역성으로 인해 생성된 전기는 그리드로 되돌릴 수 없어 주 회로 커패시터 양단의 전압이 상승하고 "펌프 업 전압"이 발생합니다. 일반적으로 가변 주파수 엘리베이터는 커패시터 과전압을 방지하기 위해 커패시터에 저장된 전기 에너지를 소모하기 위해 저항을 사용합니다. 엘리베이터 작동 중 이러한 저항기는 많은 열(표면 온도 100℃ 이상)을 방출하며, 이렇게 낭비되는 에너지는 엘리베이터 전체 전력 소비량의 25~45%를 차지합니다. 저항기의 에너지 소비는 시스템 효율을 저하시킬 뿐만 아니라, 기계실 공기 중 먼지의 흐름을 가속화하고 정전기를 흡착하는 등 많은 열을 발생시켜 엘리베이터 제어반 주변 환경에 큰 영향을 미칩니다. 동시에 온도 상승은 엘리베이터 부품의 수명을 크게 단축시키고 부품의 노화 및 고장을 지속시킵니다. 전산실 온도를 실온 수준으로 낮추고 고온으로 인한 엘리베이터 고장을 방지하기 위해,사용자는 배기량이 큰 에어컨이나 선풍기를 설치해야 합니다. 엘리베이터 동력이 높은 기계실에서는 여러 대의 에어컨과 선풍기를 동시에 가동해야 하는 경우가 많습니다. 엘리베이터와 에어컨은 에너지 소비량이 가장 높은 "전기 호랑이"가 됩니다.
2. 엘리베이터 에너지 피드백 장치의 작동 원리
엘리베이터의 에너지를 절약하기 위한 핵심은 발전 과정에서 권상기에서 생성된 전기 에너지를 활용하는 것입니다. 제동 저항기에서 생성된 에너지는 역변환을 통해 다시 교류 전력으로 변환되거나 다른 전기 장비에 공급되거나 전력망으로 피드백됩니다. 일반적인 에너지 역변환 효율은 약 85%이며, 위에서 언급한 제동 저항기의 에너지 소비는 엘리베이터 전체 전력 소비의 25%~45%를 차지합니다. 층이 높거나 엘리베이터 속도가 빠를수록 전기 에너지의 피드백 효과는 더욱 뚜렷해집니다. 에너지 피드백 시스템의 주요 회로 구조는 주로 필터링 커패시터, 3개의 IGBT 풀 브리지, 직렬 인덕터 및 주변 회로로 구성됩니다. 엘리베이터 에너지 피드백 시스템의 입력단은 엘리베이터 주파수 변환기의 DC 버스 측에 연결되고 출력단은 전력망 측에 연결됩니다. 엘리베이터 권상기가 전기 모드로 작동할 때 에너지 피드백 시스템의 모든 스위치는 꺼짐 상태입니다. 견인기가 발전 모드로 작동할 때, 주파수 변환기의 DC 버스 측 펌프 전압이 상승하여 다른 반전 조건을 충족합니다. 그 후 에너지 피드백 시스템이 작동하기 시작합니다. DC의 전류 에너지가 계통으로 피드백됨에 따라 DC 버스 전압은 설정값으로 떨어질 때까지 감소하다가 시스템이 작동을 멈춥니다.
직류 전기 에너지를 교류 전기 에너지로 변환하는 능동 인버터는 엘리베이터 에너지 피드백의 핵심입니다. 이 인버터의 목적은 발전 과정에서 권상기에서 생성된 전기 에너지를 인버터를 통해 피드백하여 에너지 절감을 달성하고 인버터 출력으로 인한 전력망 오염을 방지하는 것입니다. 따라서 권상기 발전으로 생성된 에너지 피드백 과정에서는 위상, 전압, 전류 측면에서 네 가지 제어 조건이 충족되어야 합니다.
a) 시스템은 임의로 시작할 수 없습니다. 인버터 장치는 DC 버스 전압이 설정값을 초과할 때만 시작되어 에너지 피드백을 제공합니다.
b) 인버터 전류는 피드백 전력에 대한 수요를 충족해야 하며 인버터 회로에서 허용하는 최대 전류를 초과할 수 없습니다.
c) 인버터 프로세스는 전력망의 위상과 동기화되어야 하며, 전력망으로의 에너지 피드백은 전력망의 고전압 단부에서 이루어져야 합니다.
d) 인버터 공정으로 인한 전력망 오염을 최대한 최소화합니다.
3. 엘리베이터 에너지 피드백 시스템의 하드웨어 설계
1. 전력 인버터 회로
전력 인버터 회로는 엘리베이터 권상기가 발전 상태로 운전되는 동안 엘리베이터 주파수 변환기의 DC 버스 측에 저장된 직류를 스위치의 온/오프 제어를 통해 교류로 변환합니다. 이는 엘리베이터 에너지 피드백 시스템의 주요 회로로, 인버터 회로의 종류에 따라 구조가 다릅니다. 스위치의 온/오프 제어를 통해 엘리베이터 권상기가 발전 상태로 운전되는 동안 엘리베이터 주파수 변환기의 DC 버스 측에 저장된 직류 전력을 교류 전력으로 변환합니다. 회로에서 동일한 브리지 암에 있는 상단 및 하단 스위치는 동시에 도통될 수 없으며, 각 스위치의 도통 시간과 지속 시간은 인버터 제어 알고리즘에 따라 제어됩니다.
2. 그리드 동기화 회로
위상 동기화 제어는 엘리베이터가 DC 버스의 에너지를 전력망으로 효과적으로 피드백할 수 있는지 여부에 중요한 역할을 합니다. 전력망 동기화 회로는 전력망 라인 전압 동기화를 채택하며, 정류 중 데드존 효과를 방지하기 위해 스위치는 동일한 브리지 암에서 120도 각도로 작동합니다. 전력망 동기화 신호와 전력망의 제로 크로싱 신호 간의 논리적 관계는 비교기를 통해 얻어지고, 각 스위칭 장치의 전력망 동기화 신호와 전력망 전압 간의 관계는 Multisim 시뮬레이션을 통해 얻어집니다. 각 스위치는 120도의 작동 각도를 가지며 순차적으로 60도 간격으로 배치됩니다. 인버터 브리지에서는 항상 두 개의 스위치 튜브만 도통되므로 안전하고 안정적인 작동이 보장됩니다. 또한, 두 스위치는 각각 전력망 라인의 최고 전압 범위에서 작동하여 높은 인버터 효율을 제공합니다.
3. 전압 검출 제어 회로
엘리베이터 주파수 변환기의 DC 버스 측 전압이 높기 때문에 먼저 저항을 사용하여 전압 분배를 한 다음 홀 전압 센서를 통해 버스 전압을 분리하고 감소시켜 저전압 신호로 변환해야 합니다.전압 검출 제어 회로에서는 히스테리시스 추적 비교 제어 방식을 채택하여 비교기를 기준으로 양의 피드백을 추가하고 비교기에 상한 및 하한 임계값이라는 두 가지 비교 값을 제공합니다.하드웨어 회로로 구현되어 제어가 빠르고 정확합니다.전압 검출 제어 회로는 전압 신호에 간섭 신호가 순간적으로 중첩되어 비교기의 출력 상태가 흔들리는 것을 방지할 뿐만 아니라 에너지 피드백 시스템이 너무 자주 시작되고 닫히는 것을 방지합니다.
4. 전류 검출 제어 회로
에너지 피드백 과정에서 전류는 전력 요구 사항을 충족해야 하며, 그리드로 피드백되는 전력은 견인기가 발전 상태에 있을 때의 최대 전력보다 크거나 같아야 합니다. 그렇지 않으면 DC 버스의 전압 강하가 계속 상승합니다. 전력망의 전압이 일정할 때 시스템의 에너지 피드백 전력은 피드백 전류에 의해 결정됩니다. 또한 피드백 전류는 인버터 전력 스위치 장치의 정격 범위 내로 제한되어야 합니다. 또한 전력망과 인버터 사이의 리액턴스 초크는 리액터의 부피를 최소화하면서 큰 전류가 통과할 수 있도록 합니다. 따라서 에너지 피드백을 보장하기 위해 리액터의 인덕턴스는 작은 값이어야 합니다. 전류 변화 속도는 매우 빠릅니다. 전류 히스테리시스 제어를 동시에 사용하면 피드백 전류를 효과적으로 제어하고 과전류 사고를 방지할 수 있습니다.
5. 메인 제어 회로
엘리베이터 에너지 피드백 시스템의 중앙 처리 장치는 전체 시스템의 작동을 제어하는 주 제어 회로입니다. 주 제어 회로는 마이크로컨트롤러와 주변 회로로 구성되어 있으며, 제어 알고리즘을 기반으로 고정밀 PWM 파형을 생성합니다. 한편, 계통 동기화 신호를 기반으로 하는 IPM 고장 제어는 전체 에너지 피드백 프로세스의 안전하고 효과적인 구현을 보장합니다.
6. 논리 보호 제어 회로
계통 연계를 위한 동기화 신호, 전압 및 전류 제어 신호, IPM 고장 신호, 그리고 주 제어 회로에서 출력되는 구동 신호는 모두 논리 연산을 위해 논리 보호 제어 회로를 거쳐 최종적으로 전력 인버터 회로로 전송되어 피드백 과정을 제어합니다. 이를 통해 인버터의 AC 전력 출력이 계통과 동기화되도록 보장하고, 회로 내 과전류, 과전압, 저전압 및 IPM 고장 발생 시 구동 신호를 차단하여 에너지 피드백 과정을 중단할 수 있습니다.
엘리베이터 에너지 피드백 시스템은 권상기가 발전 상태에 있을 때만 작동하기 때문에 엘리베이터보다 수명이 깁니다. 따라서 오늘날처럼 에너지 부족 현상이 심화되는 상황에서 엘리베이터 에너지 피드백 시스템의 원리, 에너지 절감 효과, 성능 측면에서 적극적으로 추진할 가치가 있음을 알 수 있습니다. 이는 건강하고 쾌적한 친환경 에너지 절약 환경을 조성할 뿐만 아니라, 에너지 절약 및 소비 감축에 대한 국가 및 정부의 요구에 부응하고 에너지 절약 사회 건설을 촉진하여 국가의 에너지 절약 및 배출 감축 노력에 기여할 것입니다.