基于自動扶梯節(jié)能控制技術(shù)的研究

陳永金

摘 要：自動扶梯在各大型公眾場所中被廣泛應(yīng)用，為人們的生活提供了便利。但由于扶梯工作能耗較大，因此，必須采取節(jié)能控制技術(shù)對自動扶梯進(jìn)行節(jié)能控制。通過介紹自動扶梯的市場現(xiàn)狀，對常見的三種自動扶梯節(jié)能控制技術(shù)進(jìn)行了詳細(xì)的分析，并對其節(jié)能效果進(jìn)行對比分析。

關(guān)鍵詞：自動扶梯；節(jié)能方式；節(jié)能效果；控制技術(shù)

中圖分類號：TP273 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.12.154

隨著我國社會經(jīng)濟(jì)的蓬勃發(fā)展，自動扶梯作為一種便利的公共設(shè)備，在地鐵站、車站、酒店、機(jī)場等公共場所中的應(yīng)用越來越多。但是由于自動扶梯的耗能大、負(fù)載重，其運(yùn)行時間長，且輕載或空載的運(yùn)行狀態(tài)較常見，造成了嚴(yán)重的能量浪費(fèi)。研究自動扶梯的節(jié)能控制技術(shù)，在自動扶梯中應(yīng)用合理的節(jié)能控制技術(shù)，減少能量消耗具有十分重要的意義。對此，筆者進(jìn)行了相關(guān)研究。

1 自動扶梯的市場現(xiàn)狀分析

當(dāng)前，自動扶梯在大型超市、車站、地鐵站、酒店、機(jī)場等公共場所中得到了廣泛的應(yīng)用，以其便捷快速、承載能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)使得人們的日常生活更加方便。自動扶梯在使用中普遍存在一些弊端：多數(shù)自動扶梯遭遇較大客流量時，處于額定運(yùn)行狀態(tài)；若沒有乘客乘坐，仍然是以額定速度運(yùn)行。如此一來，會造成扶梯設(shè)備壽命大大降低。基于此，筆者建議選用多種節(jié)能控制技術(shù)，譬如PLC與變頻器相結(jié)合的節(jié)能控制系統(tǒng)，能夠有效克服扶梯所存在的缺點(diǎn)，合理控制，優(yōu)化發(fā)展，延長扶梯的使用壽命。

2 自動扶梯三種節(jié)能控制技術(shù)

2.1 ??Y轉(zhuǎn)換模式

??Y轉(zhuǎn)換模式是自動扶梯常見的節(jié)能控制技術(shù)之一，采用經(jīng)典的星形與三角形接法轉(zhuǎn)換啟動。相比于Y??Z轉(zhuǎn)換的啟動方式，??Y轉(zhuǎn)換節(jié)能方式的不同之處在于，其不基于時間原則轉(zhuǎn)換成三角形接法運(yùn)行，而是結(jié)合具體負(fù)載情況實(shí)現(xiàn)星形—三角形的互相轉(zhuǎn)換。當(dāng)自動扶梯的負(fù)載較低或承載率在40%以下時，以星形接法模式運(yùn)行；在負(fù)載較大的情況下，通過三角形接法運(yùn)行。自動扶梯在輕載狀態(tài)下，通過星形接法運(yùn)行，伴隨著乘客數(shù)量的不斷增多，扶梯負(fù)載逐步加大，電動機(jī)轉(zhuǎn)差率隨之增加，待其達(dá)到某種程度后，基于??Y轉(zhuǎn)換裝置，演變成三角形運(yùn)行。若自動扶梯搭載乘客數(shù)量逐步減少，控制系統(tǒng)進(jìn)行檢測之后發(fā)現(xiàn)負(fù)載下降至某種程度，便轉(zhuǎn)換為星形接法運(yùn)行，循環(huán)往復(fù)。自動扶梯基于星形接法進(jìn)行運(yùn)作的時候，其電動機(jī)定子繞組相電流及電壓為三角形接法的1/1.73. 相對于三角形接法而言，星形接法下的定子及轉(zhuǎn)子的銅耗、電動機(jī)鐵耗均較低些。如此一來，能夠大大降低扶梯輕載產(chǎn)生的電能損耗，進(jìn)而滿足節(jié)能需求。??Y轉(zhuǎn)換模式不會對原有控制電路造成較大改動，其只是在自動扶梯處于輕載狀態(tài)時可起到良好的節(jié)能成效。該法所發(fā)揮作用的時間，是輕載時間多于重載時間，并在通過額定速度運(yùn)行的自動扶梯中較為適用。

2.2 自動運(yùn)行節(jié)能方式

自動運(yùn)行節(jié)能方式是指在無人乘梯時停止自動扶梯的運(yùn)行；有人乘梯時啟動扶梯，從而達(dá)到省電的目的。自動運(yùn)行節(jié)能方式在無人處于感應(yīng)區(qū)位置時，控制系統(tǒng)會延時10～20 s，約是自動扶梯從一端至另一端的時間，而后讓自動扶梯停止運(yùn)行，進(jìn)而滿足節(jié)電要求。其中，感應(yīng)裝置主要包括光電與壓力等。不同于通常情況下，在啟動自動扶梯之后，是基于三角形接法通過額定電壓及額定速度實(shí)現(xiàn)運(yùn)行，直至通過人工手段關(guān)閉，自動扶梯才會停止運(yùn)作。自動運(yùn)行方式操作簡單且擁有十分顯著的節(jié)約能源成效，造價低廉，且不會對原有控制電路造成較大改動。由于是采用了完全停電的方法，所以在節(jié)約能源方面是非常可觀的，一般能節(jié)約50%的電能。該方式的缺點(diǎn)在于會導(dǎo)致自動扶梯發(fā)生頻繁的啟動及制動，不斷沖擊供電電網(wǎng)跟電動機(jī)。相比于正常運(yùn)行電能，啟動時所消耗的電能很大，同時，頻繁制動、啟動會使自動扶梯制動器等機(jī)械部件遭受較大的磨損。自動運(yùn)行節(jié)能方式在乘客間隔時間較長的自動扶梯設(shè)施中相對適用。

2.3 變頻驅(qū)動節(jié)能方式

變頻驅(qū)動節(jié)能方式也是常見的自動扶梯節(jié)能方式之一，是指讓自動扶梯自動檢測到電梯空載一段時間后，指令扶梯從全速運(yùn)轉(zhuǎn)減速到半速運(yùn)轉(zhuǎn)或更低。當(dāng)有乘客時，通過光感儀器感應(yīng)到乘客，從而全速運(yùn)轉(zhuǎn)。這主要是因為自動扶梯空載時間多，超過了載客時間，進(jìn)而可滿足相應(yīng)的節(jié)能需求。具體操作方式為：乘搭乘自動扶梯，在入口位置處設(shè)置的感應(yīng)裝置能夠自動感知乘客到來，并向控制系統(tǒng)傳輸信號，使得系統(tǒng)控制變頻器促使自動扶梯啟動，滿足設(shè)定速度后運(yùn)行。若無乘客搭乘自動扶梯，感應(yīng)裝置則不會檢測到乘客，在經(jīng)過一段時間空載運(yùn)行之后，自動扶梯控制系統(tǒng)控制變頻器實(shí)現(xiàn)降速運(yùn)行，約為額定速度的20%；一旦感應(yīng)系統(tǒng)感知到乘客，自動扶梯又會加速至設(shè)定速度實(shí)現(xiàn)運(yùn)行，周而復(fù)始，在降低電能損耗的同時減少機(jī)械磨損，有效延長自動扶梯實(shí)際使用壽命。

3 節(jié)能效果對比分析

通過對比三種節(jié)能控制技術(shù)的工作原理及節(jié)能效果可知，當(dāng)使用自動節(jié)能方式，僅可通過額定速度運(yùn)行。若有乘客，自動扶梯能夠自動開啟；若無乘客，自動扶梯自動關(guān)閉；在關(guān)閉狀態(tài)之下，自動扶梯無需消耗電能。可見，其在沒有乘客的時候，能夠獲取十分顯著的節(jié)能成效；若有乘客搭乘的時候，則不存在任何節(jié)能成效。使用Δ-Y轉(zhuǎn)換節(jié)能方式，處于輕載狀態(tài)時，可節(jié)能5%～21%；一旦扶梯承載率超過40%，則不存在節(jié)能效果；處于額定速度時，該方式與變頻驅(qū)動節(jié)能方式的節(jié)能成效相同。二者的區(qū)別在于，變頻驅(qū)動節(jié)能方式能夠結(jié)合需求實(shí)現(xiàn)運(yùn)行速度設(shè)定，而Δ-Y轉(zhuǎn)換節(jié)能方式僅可通過額定速度運(yùn)行。

伴隨著速度的不斷加快，自動扶梯所需功率不斷增大，使用變頻驅(qū)動節(jié)能方式能夠針對速度進(jìn)行調(diào)整，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)功率消耗的逐步減少，節(jié)能比例為5%～83%，處于空載狀態(tài)下即20%的額定速度可獲取最佳節(jié)能效果。除此之外，基于額定速度，變頻驅(qū)動節(jié)能方式擁有輕載節(jié)能功能，若承載率大于40%，則難以獲取良好節(jié)能成效。在自動扶梯下行過程中，空載工況所消耗的功率為最大，伴隨著負(fù)載的不斷增大，實(shí)際所需功率逐步減小。若電動機(jī)功率低于8 kW，則在承載20%附近變化為發(fā)電狀態(tài)；若電動機(jī)功率高于8 kW，其值越大，則轉(zhuǎn)換為發(fā)電狀態(tài)實(shí)際所需荷載越大。就目前的情況來看，難以充分利用所發(fā)電能，需通過電阻實(shí)現(xiàn)消耗。

4 注意事項

運(yùn)用上述集中節(jié)能方式，基于額定速度運(yùn)行，處于重載工況的時候，無節(jié)能成效。在不同場合選擇不同節(jié)能方式，可獲取良好的節(jié)能成效。無論采用何種節(jié)能手段，一旦乘客踏上扶梯，自動扶梯必須達(dá)到設(shè)定速度運(yùn)行。若乘客處于梯級位置，自動扶梯不得任意加速或者減速，避免乘客出現(xiàn)慣性摔倒情況及催發(fā)事故。改造維修保養(yǎng)自動扶梯時，必須選擇具備合格資質(zhì)的相同單位。

5 結(jié)束語

綜上所述，自動扶梯應(yīng)用廣泛，但是能耗大、負(fù)載重，且由于大多數(shù)扶梯在空載時仍采用額定的速率運(yùn)行，造成了嚴(yán)重的能量浪費(fèi)及機(jī)械磨損。因此，必須要結(jié)合自動扶梯所在場所的實(shí)際情況，根據(jù)不同時間客流量的差異，選擇合理的節(jié)能控制技術(shù)進(jìn)行最大限度的節(jié)能設(shè)計，從而提高能量的利用效率，降低機(jī)械磨損度，保證自動扶梯的使用壽命。

參考文獻(xiàn)

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〔編輯：胡雪飛〕