基于自動扶梯節能控制技術的研究

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，必須采取節能控制技術對自動扶梯進行節能控制。通過介紹自動扶梯的市場現狀，對常見的三種自動扶梯節能控制技術進行了詳細的分析，并對其節能效果進行對比分析。

關鍵詞：自動扶梯；節能方式；節能效果；控制技術

中圖分類號：TP273 文獻標識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.12.154

隨著我國社會經濟的蓬勃發展，自動扶梯作為一種便利的公共設備，在地鐵站、車站、酒店、機場等公共場所中的應用越來越多。但是由于自動扶梯的耗能大、負載重，其運行時間長，且輕載或空載的運行狀態較常見，造成了嚴重的能量浪費。研究自動扶梯的節能控制技術，在自動扶梯中應用合理的節能控制技術，減少能量消耗具有十分重要的意義。對此，筆者進行了相關研究。

1 自動扶梯的市場現狀分析

當前，自動扶梯在大型超市、車站、地鐵站、酒店、機場等公共場所中得到了廣泛的應用，以其便捷快速、承載能力強等優點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：多數自動扶梯遭遇較大客流量時，處于額定運行狀態；若沒有乘客乘坐，仍然是以額定速度運行。如此一來，會造成扶梯設備壽命大大降低?；诖?，筆者建議選用多種節能控制技術，譬如PLC與變頻器相結合的節能控制系統，能夠有效克服扶梯所存在的缺點，合理控制，優化發展，延長扶梯的使用壽命。

2 自動扶梯三種節能控制技術

2.1 ??Y轉換模式

??Y轉換模式是自動扶梯常見的節能控制技術之一，采用經典的星形與三角形接法轉換啟動。相比于Y??Z轉換的啟動方式，??Y轉換節能方式的不同之處在于，其不基于時間原則轉換成三角形接法運行，而是結合具體負載情況實現星形—三角形的互相轉換。當自動扶梯的負載較低或承載率在40%以下時，以星形接法模式運行；在負載較大的情況下，通過三角形接法運行。自動扶梯在輕載狀態下，通過星形接法運行，伴隨著乘客數量的不斷增多，扶梯負載逐步加大，電動機轉差率隨之增加，待其達到某種程度后，基于??Y轉換裝置，演變成三角形運行。若自動扶梯搭載乘客數量逐步減少，控制系統進行檢測之后發現負載下降至某種程度，便轉換為星形接法運行，循環往復。自動扶梯基于星形接法進行運作的時候，其電動機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子的銅耗、電動機鐵耗均較低些。如此一來，能夠大大降低扶梯輕載產生的電能損耗，進而滿足節能需求。??Y轉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時可起到良好的節能成效。該法所發揮作用的時間，是輕載時間多于重載時間，并在通過額定速度運行的自動扶梯中較為適用。

2.2 自動運行節能方式

自動運行節能方式是指在無人乘梯時停止自動扶梯的運行；有人乘梯時啟動扶梯，從而達到省電的目的。自動運行節能方式在無人處于感應區位置時，控制系統會延時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行，進而滿足節電要求。其中，感應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現運行，直至通過人工手段關閉，自動扶梯才會停止運作。自動運行方式操作簡單且擁有十分顯著的節約能源成效，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，所以在節約能源方面是非?？捎^的，一般能節約50%的電能。該方式的缺點在于會導致自動扶梯發生頻繁的啟動及制動，不斷沖擊供電電網跟電動機。相比于正常運行電能，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械部件遭受較大的磨損。自動運行節能方式在乘客間隔時間較長的自動扶梯設施中相對適用。

2.3 變頻驅動節能方式

變頻驅動節能方式也是常見的自動扶梯節能方式之一，是指讓自動扶梯自動檢測到電梯空載一段時間后，指令扶梯從全速運轉減速到半速運轉或更低。當有乘客時，通過光感儀器感應到乘客，從而全速運轉。這主要是因為自動扶梯空載時間多，超過了載客時間，進而可滿足相應的節能需求。具體操作方式為：乘搭乘自動扶梯，在入口位置處設置的感應裝置能夠自動感知乘客到來，并向控制系統傳輸信號，使得系統控制變頻器促使自動扶梯啟動，滿足設定速度后運行。若無乘客搭乘自動扶梯，感應裝置則不會檢測到乘客，在經過一段時間空載運行之后，自動扶梯控制系統控制變頻器實現降速運行，約為額定速度的20%；一旦感應系統感知到乘客，自動扶梯又會加速至設定速度實現運行，周而復始，在降低電能損耗的同時減少機械磨損，有效延長自動扶梯實際使用壽命。

3 節能效果對比分析

通過對比三種節能控制技術的工作原理及節能效果可知，當使用自動節能方式，僅可通過額定速度運行。若有乘客，自動扶梯能夠自動開啟；若無乘客，自動扶梯自動關閉；在關閉狀態之下，自動扶梯無需消耗電能?？梢姡湓跊]有乘客的時候，能夠獲取十分顯著的節能成效；若有乘客搭乘的時候，則不存在任何節能成效。使用Δ-Y轉換節能方式，處于輕載狀態時，可節能5%～21%；一旦扶梯承載率超過40%，則不存在節能效果；處于額定速度時，該方式與變頻驅動節能方式的節能成效相同。二者的區別在于，變頻驅動節能方式能夠結合需求實現運行速度設定，而Δ-Y轉換節能方式僅可通過額定速度運行。

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

4 注意事項

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

5 結束語

綜上所述，自動扶梯應用廣泛，但是能耗大、負載重，且由于大多數扶梯在空載時仍采用額定的速率運行，造成了嚴重的能量浪費及機械磨損。因此，必須要結合自動扶梯所在場所的實際情況，根據不同時間客流量的差異，選擇合理的節能控制技術進行最大限度的節能設計，從而提高能量的利用效率，降低機械磨損度，保證自動扶梯的使用壽命。

參考文獻

[1]姚念征，吳夢初，錢平，等.基于實時客流量的自動扶梯節能控制仿真研究[J].計算機仿真，2015（02）.

[2]錢洪，姜培基.自動扶梯的能耗分析及節能控制研究[J].中國特種設備安全，2014（05）.

〔編輯：胡雪飛〕