全變頻和母線技術在自動扶梯節能改造中的應用

沈思庭

摘要：文章通過對普通自動扶梯存在的弊端進行分析，重點引出全變頻和母線技術在自動扶梯節能改造中的應用及改造后帶來的一些優勢，以此來推動自動扶梯行業進一步發展。

關鍵詞：全變頻；母線技術；自動扶梯；節能改造

中圖分類號：TU857 文獻標識碼：A 文章編號：1009-2374（2013）23-0072-02

在社會經濟發展的現階段，城市建設飛速發展，電梯已與人們的生活和工作息息相關，尤其是自動扶梯作為連續地承載乘客實現上下固定電力的驅動設備，已在各大車站、超市、碼頭、商務樓、機場和地鐵等地段廣泛使用。目前，我國使用的自動扶梯大部分都是直接啟動的運營方式，從它的啟動、運轉一直到關閉，無論有沒有乘客都會按照額度的速度來工作，這樣導致了自動扶梯的機械磨損非常嚴重、能耗大、使用的壽命也會降低等。因此，全變頻和母線技術在自動扶梯進行節能技術改造中的應用成為未來主要的發展方向

1 自動扶梯概述及缺陷

自動扶梯是以運輸帶方式運送行人和物品的運輸工具，它的核心構造是兩根鏈條，通過圍繞兩對齒輪循環進行轉動。扶梯的頂端是一臺電動機驅動傳動齒輪，轉動時帶動鏈圈，鏈圈的移動又帶動一組臺階，這就是自動扶梯的基本運行原理。對于目前自動扶梯中電動機的控制，其方式很多都是直接起動或降壓起動，大多數都沒有配備感應或變頻調速的控制系統，從扶梯起動運行到關閉停止，無論扶梯上有無乘客，該扶梯一直都處于長時間的勻速運行模式。它的特點是比較容易控制線路，并且控制功能非常單一，其運行方式存在著很多問題還未解決：

1.1 能耗較大

直接啟動的方式，日常運行的自動扶梯一般都是一天10小時的模式來運行，無論有無乘客，始終保持在高速狀態下運行，并消耗大量的電力，如機場、地鐵和大型的購物商場的周期性最為突出。

1.2 機械高度磨損使其壽命變短

由于自動扶梯是以額定速度進行長時間工作，扶梯部件產生了疲勞損傷和不必要的損耗，比如梯極、鏈條、扶梯帶以及電機等部件有著最大磨損。普通的自動扶梯的壽命在十年左右，若是部件磨損太為嚴重，就一定要更換新部件才可投入使用。

1.3 高頻率的故障發生使其成本增加

自動扶梯始終在高速運行的狀態工作，產生的機械磨損和部件磨損也比較嚴重，使得更換部件產生了額外的費用，并因磨損間隙加大使得自動扶梯故障增加，使用維護成本也大大增加；除此之外，由于機械磨損太大，也會縮短部分機械部件的使用壽命，這也提高了它的成本。

2 全變頻設計新思路

2.1 主回路方案

變頻器的主要目的是為了調整自動扶梯的驅動速度，使其順利地運行，當沒有乘客時，該系統將擴展到處理爬行的操作模式，以降低功耗，實現節能效果。如果乘客通過自動扶梯入口處，光電設備會發出信號使變頻器根據信號調整自己的速度，并輸入額定轉速的狀態；如果乘客離開扶梯，變頻器將進入低速運行狀態信號。

所謂的全變頻控制是指系統的運行過程中，都是由變頻器來拖動的。這種系統不僅可以旁路變頻，還具備分時段運行的好處，可以通過不同用戶的要求、不同的時間段、不同數量乘客設定出扶梯不同的運行速度。乘客數量較多，扶梯的運行速度也會升高；相反，乘客數量較少，扶梯的運行速度也隨之下降。因而，系統會設定幾個不同的速度段，來滿足不同的時間段的運行需要，從而使自動扶梯實現真正的節能目的。

圖1 主回路設計的接線原理

2.2 關于控制系統的方案設計

電梯控制系統主要由信號接收繼電器、PLC控制器、變頻器接收機、制動電阻以及光電傳感器五個主要部分組成。PLC控制器主要是接收各種信號，比如：向上、向下、大修、上部光電傳感器與下部光電傳感器的信號經內部程序的編程。當PLC控制器接收到自動扶梯運行的信號組合時，便會有在額定轉速或低速運行的信號輸出，并設置變頻器具有的兩個運行速度段，在變頻器收到PLC控制器的額定轉速信號時，變頻器的控制電機會以低速的運轉模式，來實現自動扶梯的額定速度運行與低速運行的切換。

圖2 全變頻控制系統框架

3 全變頻與母線技術應用帶來的優勢

全變頻的技術改造后，自動扶梯除了保持原本具有的各安全開關功能外，不會影響其安全性能，并產生更多的優勢：

（1）無人乘坐的電梯，自動扶梯會自動過渡到節能運行的平穩狀態，以1/5的額定轉速運行，電流無負載的額定電流只有1/3，從而節約了大量的能源；同時，無人乘梯時，也可以設置自動扶梯停止運行，這樣可以減少機械部件的磨損，從而使自動扶梯的使用壽命得到延長。

（2）如果有人乘坐，扶梯會自動進入額定轉速的速度運行，以節省能源，維持系統的正常運作。

（3）維護運行時，將會進入到1/2的額定的運行速度，有利于檢測到的運動的自動扶梯設備的狀態，以避免額定速度運行時的危險情況發生。

（4）它的技術已經比較成熟，更加有利于實施和推廣。PLC控制器的繼電器類型易于編程和修改。由于控制系統使用的逆變器的功能較為齊全以及相對簡單的操作，外形裝置體積小且安裝簡單，可以直接安裝在平臺內的自動扶梯的頂部和底部，以避免帶來不便。

（5）采用變頻技術，很大程度上降低了自動扶梯在啟動過程中對電網產生的沖擊，變頻器有效改善了電網功率的因數，從而實現了無功損耗的大幅度降低。

母線控制系統包括：直流母線、逆變器、整流回饋單元。其中的電源系統由整流變壓器、整流器反饋單元、逆變器以及線路電抗器組構成，技術轉化后所產生的自動扶梯優點：

（1）采用集中的整流技術，使自動扶梯裝備對比原來的系統而言節能8%～15%。

（2）采用集中整流技術使母線容量變大，單臺變頻器的母線電壓比以前更穩定，從而實現了逆變器抗干擾性能和控制精度的提高，也使其系統諧波方面得到有效控制

（3）公共直流母線采取變頻逆變器，使其整流部分被公共整流單元替代，帶來結構緊湊模式，提高了設備的可靠性。

（4）公共直流母線技術的應用，將電機反饋的能量轉移到母線上，經電機反饋的能量帶動其他的電機運行，避免母線電壓的一部分因能量過高帶來的停機和掉閘現象，從而減少驗機、停機檢修的時間，利于自動扶梯的正常

運行。

（5）母線系統設備功能比較齊全、穩定。整流消除了很多回饋單元外設使用，如制動單元、制動電阻等。設備結構緊湊模式，也節省了占地空間，降低了設備維護次數，使整體控制的自動扶梯裝備水平有了很大的提高。

4 結語

綜上所述，全頻率及母線技術在自動扶梯的節能改造的應用，使自動扶梯實現多段速運行模式，使其更加人性化，從根本上實現了完美的節能效果，對經濟效益有重大的意義。既要保護有限的資源，降低能源消耗，又要積極響應國家節能、減排政策的指引。全變頻與母線技術應用于我國自動扶梯節能改造，推動了現代自動扶梯行業更進一步的發展，并且也得到了顯著的效果。

參考文獻

[1] 何紹明.淺談全變頻和母線技術在扶梯節能改造中的應用[J].科技與企業，2012，（11）.

[2] 張瑜亮.淺談自動扶梯的節能技術[J].能源及環境，2009，（14）：33-34.

[3] 劉旭明.基于變頻器的自動扶梯節能系統設計[J].制造業自動化，2011，33（9）：145.

[4] 朱士祥.地鐵站變頻自動扶梯節能原理及效果分析

[J].科技資訊，2010，（22）： 37.