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1、超高速电梯的技术 联合国1972年国际高层建筑会议将高层建筑按高度分为四类:低层或中层建筑9～16层,最高为50米;中高层建筑,17～25层,最高到75米;高层建筑,26～40层,最高到100米;超高层建筑,40层以上或100米以上。电梯按运行速度分为:低速电梯≤1m/s;中速电梯>1～≤2.5m/s;高速电梯>2.5～≤6m/s;超高速电梯>6m/s。在我国,GB50045-2001《高层民用建筑设计防火规范》中,对于高度超过100m或层数超过32层的民用建筑,在避难层、停机坪、消防水压、灭火设施、正压排
2、烟及火灾自动报警等方面有特殊要求,可以视为对超高层建筑的规定。 自1968年建成的日本外交部大厦(高度147米,地上36层)掀起了超高速电梯的应用至今,超高速电梯已经有接近40年历史。而在1993年横滨的置地大厦(地上70层,地下3层),速度就已经达到12.5m/s(750m/min)。 中国国内超高层建筑的增加,使得超高速电梯的市场不断加大。但是,几乎所有的超高层建筑,都选用了原装进口的超高速电梯。 首先,是在超高速电梯的性能上。据报道,日本的电梯企业已经开发出最高速度达到18m/s的超高速电梯,而国
3、内的电梯企业能开发出的最高速电梯只有6.0m/s。其次,在电力驱动技术方面,国外企业由于率先掌握了永磁同步电机技术和能量反馈技术等关键的技术,应用于超高速电梯,使得国外的超高速电梯在节能、环保和运行舒适感方面暂时优于国内的超高速电梯。所以中国已经投入使用的最高十座建筑,都采用国外进口的超高速电梯。中国国内和国际上的电梯企业相比,在超高速电梯制造方面存在着较大的差距。 超高速电梯系统,有许多关键技术需要突破,下面将简要分析一下,超高速电梯开发中具体需要解决的问题和可能的解决方案,以满足对超高速电梯在的速度、安
4、全可靠、平稳舒适、高效节能等方面的要求。 (1)制造新型驱动电机 新型的驱动电机,必须满足三个条件:紧凑,节能,能够降低振动和噪音。 早期的超高速电梯,由于交流技术的限制,普遍采用直流电机拖动的技术,需要配备专门的直流发电机组。能耗高、噪音大的弱点已经制约到使直流电机未能满足新型超高速电梯驱动电机要求。 近十年来,随着永磁同步电机技术的发展,特别是容量上的不断提升,在结合永磁同步电机的节能和低速大转矩(无须减速机构)的优点,将是超高速电梯开发更新换代的主要驱动主机。大容量的永磁同步主机将是实现在重载情
5、况下快速启动的最重要保证,因为超高速电梯一般要求在启动10s以内达到全速运行。 永磁式同步电动机结构简单、体积小、重量轻、损耗小、效率高。和直流电机相比,它没有直流电机的换向器和电刷等缺点。和异步电动机相比,它由于不需要无功励磁电流,因而效率高,功率因数高,力矩惯量比大,定子电流和定子电阻损耗减小,且转子参数可测、控制性能好。和普通同步电动机相比,它省去了励磁装置,简化了结构,提高了效率。另外,永磁同步电机矢量控制系统能够实现高精度、高动态性能、大范围的调速或定位控制。特别是钕铁硼永磁的热稳定性和耐腐蚀性的
6、改善和价格的逐步降低以及电力电子器件的进一步发展,加上永磁电机研究开发经验的逐步成熟,正向大功率化(高转速、高转矩)、高功能化和微型化方面发展。目前,稀土永磁电机的单台容量已超过1000kW,最高转速已超过300000r/min,最低转速低于0.01r/min。可以满足超高速电梯启动时要求的500kW的功率要求。 通过采用永磁同步电机,电梯主机一般能够降低20%的体积;功率能提高至少15%;振动和噪音能降低10dB。 (2)开发带能量反馈技术的驱动主机 能量反馈技术,可以说是继永磁同步电机技术后电梯行业
7、的又一重大技术突破。传统的电梯,在任何工况下,都是需要消耗电能的。 但是,实际上,电梯在轻载上行、重载下行的工况下不需要消耗电能;相反,可以看作是一个发电设备。将机械能变为电能反馈给变频器,导致其直流母线电压上升。以往,一般采用增设制动单元和制动电阻将这些电能变为热能消耗掉。 一般在小功率的机种,例如10kW内的电梯还是可以采用这种能耗制动的方式的。但是随着功率的上升,如果依然采用能耗电阻的方式处理,除了电流大,容易对系统和设备造成损害外,还会产生巨大的热量,对环境也会造成不良的影响。 而且超高速电梯的
8、功率,一般都比较大,甚至可以达到惊人的500kW以上,在这种规模的功率下,已经根本不适宜用制动电阻方式来消耗发电状态下产生的电流。所以超高速电梯的开发必须开发具有能量反馈功能的变频系统。通过能量反馈技术,把电梯发电状况下和制动状况下运行必须释放出来的势能和动能转化为电能反馈到电网中去,实现电梯系统最有效的节能。 在国外,超过3m/s的电梯,能量反馈基本上都已经作为标准配置配备。但是在国内,由于大功
