自動扶梯節(jié)能控制技術(shù)分析

摘要：為充分滿足日常生活及工作要求，自動扶梯應(yīng)運(yùn)而生。該設(shè)施廣泛應(yīng)用在火車站、地鐵、商場、機(jī)場、賓館等公共場所，擁有較強(qiáng)的便利性。然而自動扶梯工作運(yùn)行所需耗電量是十分巨大的，如何降低扶梯能耗，使之更好地為大眾服務(wù)，受到社會各界廣泛關(guān)注。文章對自動扶梯節(jié)能控制技術(shù)進(jìn)行了探討。

關(guān)鍵詞：自動扶梯；節(jié)能控制技術(shù)；轉(zhuǎn)換模式；自動運(yùn)行；變頻驅(qū)動 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

中圖分類號：TP368 文章編號：1009-2374（2016）01-0081-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.01.041

一般來說，自動扶梯為應(yīng)用自帶循環(huán)運(yùn)行梯路通過向上或者是向下傾斜連續(xù)運(yùn)載乘客的固定電力驅(qū)動設(shè)備，該便利設(shè)施在眾多場所中均有廣泛應(yīng)用。然而，在實際使用過程中，如果人流量相對較少，會造成自動扶梯出現(xiàn)空載運(yùn)行情況。傳統(tǒng)意義上的扶梯，無論是載客，還是空載，均使用相同額定速度運(yùn)行，無形中催生了一定的機(jī)械磨損，導(dǎo)致了嚴(yán)重的電能浪費(fèi)，因此有必要采用合理節(jié)能控制技術(shù)，旨在降低自動扶梯運(yùn)行能耗，減小機(jī)械磨損，滿足節(jié)能需求。

1 自動扶梯的市場現(xiàn)狀分析

自動扶梯的應(yīng)用范圍十分廣泛，在公共場所中實現(xiàn)乘客運(yùn)送最為典型的設(shè)備設(shè)施是自動扶梯，其在超市以及大型商場、火車站以及地鐵站、機(jī)場以及賓館等場合有著廣泛應(yīng)用，優(yōu)勢在于便捷快速、運(yùn)輸量巨大等，使得人們?nèi)粘９ぷ魃钅軌蛳硎芨啾憷Ｗ詣臃鎏菰谑褂弥衅毡榇嬖谝恍┍锥耍鄶?shù)自動扶梯遭遇較大客流量的時候處于額定運(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，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，增加扶梯的使用時間。

2 常見的自動扶梯節(jié)能控制技術(shù)

2.1 轉(zhuǎn)換模式

通常而言，啟動自動扶梯設(shè)施之后，其一直是通過三角形接法模式運(yùn)作。轉(zhuǎn)換節(jié)能方式指的是自動扶梯處于輕載狀態(tài)或者是承載率在40%以下的空載情形下通過星形接法模式運(yùn)行，在重載的時候通過三角形接法運(yùn)行。相較于Z轉(zhuǎn)換的啟動方式，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)載情況實現(xiàn)星形—三角形的互相轉(zhuǎn)換。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，相較于三角形接法而言，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。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)中可起到良好的節(jié)能成效。該法在輕載時間多于重載時間并通過額定速度運(yùn)行的自動扶梯中較為適用。

2.2 自動運(yùn)行節(jié)能方式

在啟動自動扶梯之后，其通常是基于三角形接法通過額定電壓及額定速度實現(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)行節(jié)能方式指的是在扶梯入口位置處進(jìn)行感應(yīng)區(qū)的合理設(shè)置，一旦有乘客步入感應(yīng)區(qū)需搭乘自動扶梯，則感應(yīng)裝置能夠把信號向自動扶梯控制系統(tǒng)進(jìn)行傳輸，控制系統(tǒng)可啟動自動扶梯。在無人處于感應(yīng)區(qū)位置時，控制系統(tǒng)會延時10～20秒，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。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。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)，相較于正常運(yùn)行電能，啟動時所消耗的電能很大，同時，頻繁制動及啟動會使自動扶梯制動器等機(jī)械部件遭受較大磨損情況。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

結(jié)合公式功率等于力乘以速度可知，針對運(yùn)行速度進(jìn)行調(diào)整可使所需功率發(fā)生變化。變頻驅(qū)動節(jié)能方式主要應(yīng)用變頻調(diào)速裝置實現(xiàn)運(yùn)行速度調(diào)整，若有乘客可設(shè)定速度運(yùn)行，若無乘客則保持低速運(yùn)行或者是讓用戶設(shè)定關(guān)閉，這主要是因為自動扶梯空載時間多超過載客時間，進(jìn)而可滿足相應(yīng)的節(jié)能需求。具體操作方式為，乘客搭乘自動扶梯，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際使用壽命。

變頻器啟動及調(diào)速較為平穩(wěn)，可實現(xiàn)零速制動，所產(chǎn)生噪聲較小。根據(jù)具體客流量，變頻驅(qū)動節(jié)能方式可分時段完成速度設(shè)定，其主要包括兩方面內(nèi)容：第一，旁路變頻驅(qū)動，自動扶梯設(shè)施處于額定速度實現(xiàn)運(yùn)行的時候，采用50赫茲工頻電源供電，此時變頻器未投入運(yùn)行，當(dāng)扶梯空載一段時間后，控制系統(tǒng)會將供電方式由工頻電源供電切換至通過變頻器進(jìn)行控制，讓自動扶梯低速運(yùn)行，滿足節(jié)能需求。一旦有人乘梯，變頻器便讓自動扶梯加速至額定速度，到達(dá)指定值，扶梯旁路把變頻器解除，并向工頻電源進(jìn)行切換完成直接供電。在此需注意的是變頻器容量無需太大，超出自動扶梯電動機(jī)額定功率的60%即可，相較于全變頻驅(qū)動模式而言，旁路變頻驅(qū)動方式成本低且容量大、結(jié)構(gòu)簡單，可在機(jī)房內(nèi)部進(jìn)行安裝，其缺陷在于因為需頻繁實施接入退出變頻器的操作，進(jìn)而要增加完善的電氣控制電路，就對接觸器有相對較高的質(zhì)量要求，建議在此方式下的電動機(jī)功率應(yīng)用控制在11千瓦以下，旨在保證質(zhì)量可靠；第二，全變頻驅(qū)動，無論自動扶梯處于何種運(yùn)行速度，變頻器能夠一直串聯(lián)在電源電路中，作用為提供電源給自動扶梯，其無需增設(shè)復(fù)雜程度較高的電氣控制電路，能夠?qū)崿F(xiàn)分時段運(yùn)行速度設(shè)定，客流量較大時是額定速度，客流量較小時是80%的額定速度，沒有乘客時是20%的額定速度或者是關(guān)閉，實際節(jié)能成效較為顯著，除此之外，輕載狀態(tài)下電動機(jī)電流逐漸變小，變頻器能夠自行適應(yīng)降低輸出電壓，滿足節(jié)能需求，此法缺陷在于變頻器功率大、成本高且所占體積大，對應(yīng)的制動電阻應(yīng)進(jìn)行散熱行為，無法在機(jī)房內(nèi)安裝變頻器，進(jìn)而只可將其安裝在自動扶梯外部位置。

2.4 節(jié)能效果對比分析

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，該方式跟變頻驅(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。

伴隨著速度的不斷增大，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)而實現(xiàn)功率消耗的逐步減少，節(jié)能比例約為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，實際所需功率逐步減小，若電動機(jī)功率低于8kW，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8kW，其值越大則轉(zhuǎn)換為發(fā)電狀態(tài)實際所需荷載越大。就目前的情況來看，難以充分利用所發(fā)電能，需通過電阻實現(xiàn)消耗。

3 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)自動扶梯必須選擇具備合格資質(zhì)的相同單位。

4 結(jié)語

綜上可知，通過合理應(yīng)用節(jié)能技術(shù)控制自動扶梯，能夠起到良好的節(jié)能成效，降低機(jī)械磨損度，延長機(jī)械使用壽命。伴隨著節(jié)能技術(shù)的優(yōu)化推廣，自動扶梯節(jié)能技術(shù)將會催生可觀的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益。

參考文獻(xiàn)

[1] 張超，孫慶杰.自動扶梯節(jié)能控制技術(shù)應(yīng)用[J].城市建設(shè)理論研究（電子版），2012，（16）.

[2] 楊澤婷.自動扶梯節(jié)能設(shè)計研究[J].科技致富向?qū)В?011，（19）.

[3] 沈玉梅.基于PLC的自動扶梯變頻系統(tǒng)設(shè)計[J].機(jī)電工程技術(shù)，2011，（12）.

[4] 梁敏勇.淺談自動感應(yīng)裝置在自動扶梯節(jié)能改造的作用[J].中國科技博覽，2012，（21）.

[5] 張春雨.自動扶梯優(yōu)化設(shè)計[J].城市建設(shè)理論研究（電子版），2011，（36）.

[6] 深圳市英威騰電氣股份有限公司.英威騰CHV110變頻器在自動扶梯上的應(yīng)用[J].自動化博覽，2010，（4）.

作者簡介：聶浩龍（1979-），男，湖南長沙人，華升富士達(dá)電梯有限公司長沙分公司助理工程師，研究方向：電梯及自動扶梯。

（責(zé)任編輯：秦遜玉）