變頻技術在地鐵自動扶梯上的應用

摘要：隨著中國城市化進程的加速，大中城市的交通環境日益惡化，地鐵作為緩解城市交通問題的重要手段的到了空前的發展。然而，地鐵車站內部空間相對封閉，在發生災害時人員疏散困難。本文討論了變頻技術在地鐵自動扶梯運轉方式中的應用。

關鍵詞：地鐵；自動扶梯；潤滑系統

中圖分類號：TH236 文獻標識碼：A 文章編號：1674-7712 （2012） 16-0010-01

隨著中國的城市化進程加快，越來越多的農村人口進入城市，中國的大城市和特大城市數量不斷增加，相對于城市化進程，城市交通基礎設施的建設遠遠滯后，尤其是在大城市，這一矛盾更加突出，而地下通道作為大容量的快速公共交通系統，必然成為緩解城市交通的主要手段之一。目前中國已經有多座城市建成了地鐵，另外，還有數十城市已將修建地鐵列入城市發展規劃。自動扶梯單位寬度的人員輸運能力遠大于樓梯，在正常運營條件下，它可以為乘客提供快捷、舒適，的進出站服務，在災害條件下，可以提供大容量的逃生通道。計算表明將自動扶梯計入逃生通道可以有效縮短車站規模，節約投資。但是應當注意的是，這對電梯的供電及反轉上行的時間提出了更高的要求。

一、變頻器在扶梯系統控制中的作用

自動扶梯的能量消耗與速度成正比。當扶梯空載以0.6m/s的速度運行時，消耗的能量是其以0.3m/s運行的兩倍。在地鐵站中，扶梯每天運行20小時，大部份扶梯滿載運行時間都不會超過5小時，因此，使用變頻器節約能量非常重要。利用變頻器調節系統速度有兩種方式，即：全變頻調速方式和旁路變頻調速方式。其優點是，當扶梯空載運行時可以節約能量t啟動電流較低；向乘客發出信號說明扶梯處于服務狀態；減少運動部件磨損；實現軟件啟動；獲得維修速度；功率因數接近于1t當扶梯下行處于發電狀態時將能量直接反饋到電網。其缺點是，由于增加了變頻器使整個系統更復雜，需要增加觸點墊和光電感應裝置。

二、地鐵自動扶梯電動機現狀及問題

（一）使用現狀

目前地鐵使用的自動扶梯型號很多。大多為進口自動扶梯及部分早期國產自動扶梯。瑞士迅達SWT型、EWG型、法國CNIM型、蘇迅9300型、鄭州海神FT型等自動扶梯，采用的電動機多為籠型交流異步電動機。其功率根據自動扶梯提升高度不同從llkW～30kW不等。電動機的散熱方式為同軸風扇排熱，其中電動機外殼包括兩種散熱情況。一種安裝形式為電動機與減速機立式聯接自下而上的排風散熱。此種電動機機殼無散熱片，另一種電動機機殼有散熱片。

（二）存在問題

由于地鐵作為服務行業的特殊性，自動扶梯要每天與列車保持同步運行，也就是每天自動扶梯要連續不間斷運行20h。地鐵車站分布在市區不同地點，在不同時間段各站口進出人數懸殊較大，在無人乘梯時，自動扶梯總是處于低速運行（設置為頻率25Hz），電動機的轉速在額定轉速以下連續運行，電動機速度也相對減半。特別是在客運低峰時間，有些站廳、站口自動扶梯長時間低速運行，造成電動機溫度升高。加之設備機艙狹小夏季溫升尤為明顯，以至于出現電動機過熱停止運轉。以進口迅達電動機為例，其與減速機聯接后為立式安裝，排風方式為下進風、上排風，經同軸風扇快速轉動散熱。當電動機在變頻低速時，風扇的旋轉速度與氣體的運動速度有關。電動機能否正常運行的主要標志是電動機發熱是否嚴重。因此，必須充分注意電動機的發熱和散熱的規律和狀況。由于電動機通過變頻器控制輸出。其三相輸出電壓波形是SPWM波（三相正弦脈寬調制波）。因此不可避免地在異步電動機的定子電流中含有高次諧波，高次諧波增加了電動機的損耗，使電動機的效率和功率因數都變差，高次諧波損耗基本與負載大小無關，所以電動機溫升將會比變頻調速改造前有所提高。

三、對變頻情況下電動機溫升的應對策略

實際應用證明，由SPWM變頻器驅動異步電動機時，電動機的電流比工頻供電時大5%左右，這并不是電動機溫升的主因。主要是電動機長時間低速運行冷卻風扇能力下降，使排風量減少，電動機溫升增高。—般的措施是采取限制負荷或減少運行時間的辦法。例如水泵等設備。然而，地鐵自動扶梯卻做不到這一點。要改善地鐵自動扶梯電動機的溫升問題，建議從以下兩個方面人手。

（一）采用設置恒速冷卻風機的措施

由于電動機溫升與冷卻風量之間成反比，所以，在額定速度下連續長時間運行時采取外部冷卻方法以改善低速運行條件下電動機的散熱能力。以地鐵在用自動扶梯瑞士迅達電動機為例，可采取以PLC（編程器）電腦板控制冷卻風機的開啟。當電動機在低速25Hz旋轉時，PLC控制冷卻風機啟動，進行外部助排風。在50Hz運行時，PLC控制冷卻風機停止，靠電動機同軸風扇自身冷卻。這樣既達到電動機散熱效果，同時又兼顧節能的要求。

（二）提高冷卻風機排風散熱的效率

排風機可選用軸流風機安裝排風管。具體方法對于立式使用的電動機，將風管加在電動機的進風口處，并調整確定其進風的角度，以減少進風量的損失。軸流風機的選擇可根據不同規格功率的電動機的大小選取。在地鐵實際應用中，在用自動扶梯蘇迅9300型自動扶梯出現電動機長時間低速運轉時的嚴重發熱，導致電動機PTC熱敏電阻變化電動機停車問題。經過現場測試、調研結果分析，電動機溫度最高達到118℃。該電動機功率為11kW，帶有提升高度6.8lm的自動扶梯。根據實際環境狀況采用0.4kW 電動機的軸流風機，采取外部助排風方式。依據控制冷卻電動機方框原理，冷卻風機由原自動扶梯控制系統控制，與自動扶梯運行狀態保持一致。經過一年的運行考核電動機溫度由原來平均溫度112℃降至60.3℃，使電動機溫升過高造成停梯問題得以解決。

四、結束語

由于地鐵自動扶梯不間斷運行的限制，還需要有更多的時間和做大量的試驗加以求證，所以本文一定有很多不足之處。比如不同型號自動扶梯電動機與減速機臥式安裝散熱問題；不同功率電動機應選用多大軸流風機，電動機變頻低速時冬季、夏季溫升的差別是多少等等，還需要大量的運行經驗的積累分析得出方案。雖如此，本文力求在理論和思維上是正確的、可信的。隨著我國地鐵新技術的不斷應用，對設備的消化、吸收、完善進程將逐漸加快。相信我國地鐵自動扶梯設備運行質量也將日趨完善和提高，為運營服務提供強有力的技術保障。

參考文獻：

[1]朱昌明著.電梯與自動扶梯[M].上海交通大學出版社，2010.

[2]張漢杰編著.現代電梯控制技術[M].哈爾濱工業大學出版社，2009.