變頻器應(yīng)用于商場(chǎng)自動(dòng)扶梯的調(diào)速節(jié)能改造

[摘要] 隨著自動(dòng)扶梯進(jìn)一步向著高科技、節(jié)能、智能化的方向發(fā)展，變頻器在扶梯領(lǐng)域也被廣泛地應(yīng)用。由西門子MM440變頻器和可編程控制器（PLC）構(gòu)成的變頻調(diào)速系統(tǒng)對(duì)傳統(tǒng)扶梯進(jìn)行節(jié)能改造后， 能夠有效節(jié)約能源， 降低運(yùn)行成本。本文對(duì)節(jié)能改造方案進(jìn)行了設(shè)計(jì)和分析。

[關(guān)鍵詞] 變頻控制 功能參數(shù) 節(jié)能分析

目前，自動(dòng)扶梯的節(jié)能運(yùn)行是變頻器應(yīng)用的熱點(diǎn)領(lǐng)域之一。自動(dòng)扶梯廣泛應(yīng)用于大型商場(chǎng)、超市、機(jī)場(chǎng)、地鐵、賓館等場(chǎng)合。大多數(shù)扶梯在客流量大的時(shí)候，工作于額定運(yùn)行狀態(tài)，在空載時(shí)仍以額定速度運(yùn)行，具有耗能大，機(jī)械磨損嚴(yán)重，使用壽命低等缺點(diǎn)。采用MM440變頻器組成的變頻控制系統(tǒng)，可以很好地解決這些問題。MM440是一種高性能的矢量變頻器，由微處理器控制，并采用具有現(xiàn)代先進(jìn)技術(shù)水平的絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)作為功率輸出器件。因此，它們具有很高的運(yùn)行可靠性和功能的多樣性。而且采用脈沖頻率可選的專用脈寬調(diào)制技術(shù)，可使電動(dòng)機(jī)低噪聲運(yùn)行。全面而完善的保護(hù)功能為變頻器和電動(dòng)機(jī)提供了良好的保護(hù)。采用MM440變頻器組成的變頻控制系統(tǒng)，扶梯開始運(yùn)行時(shí)通過變頻器啟動(dòng)，當(dāng)扶梯達(dá)到額定速度運(yùn)行后，如無乘客乘梯，扶梯由額定速度自動(dòng)降為約四分之一額定速度爬行（如扶梯在四分之一額定速度下運(yùn)行很長(zhǎng)一段時(shí)間仍無人乘梯，則扶梯會(huì)自動(dòng)平緩地停梯，該功能可自行設(shè)定，考慮到若顧客看到扶梯停止，誤認(rèn)為扶梯出現(xiàn)故障而不用扶梯，建議不采用這種功能）。如安裝在扶梯出入口處的傳感器檢測(cè)到有乘客乘梯，則扶梯速度馬上平緩地升至額定速度，如乘客繼續(xù)進(jìn)入扶梯，扶梯將一直以額定速度正常運(yùn)行。

一、系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1.系統(tǒng)性能特點(diǎn):(1)改造中為了便于系統(tǒng)故障時(shí)不影響用戶的使用，所以在保留原系統(tǒng)(工頻系統(tǒng))的基礎(chǔ)上增加變頻系統(tǒng)，并且可以實(shí)現(xiàn)工頻－變頻的切換。

(2)無乘客時(shí)，電梯低速運(yùn)行，當(dāng)有乘客到達(dá)入口時(shí)，電梯自動(dòng)轉(zhuǎn)入全速運(yùn)行。即應(yīng)用變頻調(diào)速可以進(jìn)行電機(jī)軟啟動(dòng)；乘客離開電梯后若再無乘客，則電梯自動(dòng)轉(zhuǎn)回低速運(yùn)行；啟動(dòng)、停止或速度轉(zhuǎn)換平穩(wěn)順暢，舒適性較好；當(dāng)扶梯處于下行狀態(tài)時(shí)，電機(jī)進(jìn)入發(fā)電狀態(tài)，能量回饋電網(wǎng)，此時(shí)電機(jī)不受變頻器控制。

(3)扶梯空載時(shí)電流僅為空載時(shí)額定速度運(yùn)行電流的三分之一，節(jié)能效果明顯。由于無人乘梯時(shí)節(jié)能運(yùn)行時(shí)速度很低，機(jī)械部分的磨損大大降低，相對(duì)延長(zhǎng)了扶梯的使用壽命。

(4)檢修運(yùn)行時(shí)，扶梯以二分之一額定速度運(yùn)行，便于檢修和觀察扶梯機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)情況，克服了原系統(tǒng)額定速度點(diǎn)動(dòng)停止不及時(shí)的不足。

(5)變頻技術(shù)的采用大大降低了扶梯啟動(dòng)時(shí)對(duì)電網(wǎng)的沖擊，保證了扶梯啟動(dòng)的平滑、舒適。可有效改善電網(wǎng)的功率因數(shù)，降低無功損耗。

2.系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)：系統(tǒng)采用光電傳感器或壓力傳感器、PLC可編程序控制器與變頻器的控制組合，具有功能強(qiáng)、改造工作量小等優(yōu)點(diǎn)。下圖為硬件接線圖(圖1)。

3.系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)。(1)變量約定。

Q2.0-----電機(jī)正轉(zhuǎn)Q2.1-----電機(jī)反轉(zhuǎn)

Q2.2-----固定頻率Q2.3-----固定頻率

Q2.4-----故障復(fù)位Q2.6-----正向點(diǎn)動(dòng)

Q2.7-----反向點(diǎn)動(dòng)I2.4-----故障

I2.5-----零速I2.6-----報(bào)閘

(2)多段速頻率的選擇。

(3)變頻器功能參數(shù)的設(shè)置。

(4)加減速模式的選擇。變頻器中的斜坡函數(shù)發(fā)生器用于當(dāng)給定值是1個(gè)階躍信號(hào)時(shí)去限制其加速度。它用于減小機(jī)械系統(tǒng)的壓力。利用斜坡上升時(shí)間P1120和斜坡下降時(shí)間P1121，加速斜坡和制動(dòng)斜坡可彼此獨(dú)立設(shè)定。當(dāng)給定值改變時(shí)，它允許一個(gè)可控制的過渡(見圖2)。為了避免在過渡區(qū)中(恒速←→加速/制動(dòng))轉(zhuǎn)矩的沖擊，可使用可編程附加圓弧時(shí)間P1130～P1133。(見圖3)扶梯正常上行時(shí)，以A-B-C曲線加速到目標(biāo)速度，速度轉(zhuǎn)換平滑(見圖3)。其中，A階段：高啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩。B階段：具有S形加速曲線進(jìn)行電機(jī)加速。C階段：柔性加速功能。下行減速與加速相似。

二、節(jié)能分析

經(jīng)過節(jié)能改造后，扶梯在降低速度的同時(shí)，變頻器將按比例降低輸出電壓，從而大大降低了消耗的功率，有效節(jié)約了能源，降低了運(yùn)行成本。經(jīng)測(cè)定，扶梯在低速運(yùn)行時(shí)所消耗的電能約為正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的二分之一。以一臺(tái)7.5千瓦的扶梯為例，假設(shè)扶梯每天運(yùn)行10小時(shí)，改造前每天須用電75度，經(jīng)過節(jié)能改造后每天用電量大約在35～55度之間，這樣每年可省12700多度電。每度電按0.6元計(jì)算，則采用變頻調(diào)速每年可節(jié)約電費(fèi)7620元。可見，自動(dòng)扶梯節(jié)能改造的設(shè)備費(fèi)用與電能節(jié)約和機(jī)械磨損的費(fèi)用相比，投入不大，投資回報(bào)率可觀。

注：本文中所涉及到的圖表、注解、公式等內(nèi)容請(qǐng)以PDF格式閱讀原文。