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高层建筑目前已成为中国经济蓬勃发展的具体象征,而电梯则已成为用户衡量高层建筑整体设计水准的最直观标准。那么,什么样的电梯才最符合当代的主流发展趋势呢?据笔者看来,节能、可靠性和使用体验将是当代电梯设计的三大基本方向。

节能指标是当代电梯设计的第一准则,因为电梯是任何一栋高层建筑里最耗电能的地方,不仅由于它的使用频率最高和使用时间最长(每天24小时随时候命),而且由于驱动它的大功率电机的功耗非常大。在节能减排成为当今中国最基本国策的时代背景下,节能指标必然是未来很长时间内的最重要设计方向。

电梯可靠性也将变得越来越重要,因为随着大部分建筑的层高向二十层以上发展,一旦电梯出现故障,我很难想像还有多少人愿意或能够用爬楼梯的方式去上班,或几个小时吊在半空中无所事事,更不用提那些需要经常进进出出的业务人员了,而这将给很多公司带来巨大的商业损失,也为个人带来了巨大的不便。我相信任何一栋高层建筑的设计师都不能接受这样一种状况的发生,因此未来电梯的设计师必须确保100%的可靠性。

此外,用户使用体验也已成为最主要的设计考量之一。除了最基本的人机友好接口设计(如按键外形、排列、背光显示和LCD电梯运行状态显示),如何尽可能多地改善电梯运行平稳度和消除电梯运行过程中的噪音和振动等问题,也已成为电梯设计师的一个主要努力方向。

而从电气线路设计的角度来看,不管是节能、可靠性、噪音、振动还是平稳度指标,它们很大程度上取决于电梯的一个最主要电气部件(变频器或功率模块)。这是因为一般电梯采用的感应式交流电机(以下简称为电机)的旋转速度同频率成正比例。理论上讲,电机的旋转速度近似地确决于电机的极数和频率,但由电机的工作原理知道电机的极数是固定不变的,这决定了一般不适合通过改变该值来调整电机的速度。而频率能够在电机的外面调节后再供给电机,这样电机的旋转速度就可以被自由的控制。变频器的设计目标就是根据电梯的运行情况为电机提供适当的频率,因此它是电机调速设备的优选部件。

变频器主要由整流(交流变直流)、滤波、再次整流(直流变交流)、制动单元、驱动单元、检测单元、微处理单元等组成,其中制动单元和驱动单元的基本构成元件是功率元件,如晶闸管(即可控硅)、功率MOSFET或IGBT(绝缘栅双极型晶体管)。这些功率元件也可以单独与高压IC(HVIC)、低压IC(LVIC)、电压检测单元、故障逻辑处理单元、硅温度传感器、栅极驱动电流调整电路、散热部件、以及自举电路二极管等预先做成功率模块。

目前全球最主要的大功率变频器、功率模块、功率MOSFET和IGBT供应商有三菱电机、富士电机、飞兆半导体、德国赛米控(Semikron)和英飞凌,它们都在这一领域不断开发和推出性能更高的产品。

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