變頻器在自動扶梯上的應用

【摘要】由于能源和電力資源的匱乏，自動扶梯在空載狀態(tài)下的運轉成為一種巨大的浪費，應讓自動扶梯自動檢測到空載狀態(tài)一段時間后，指令扶梯由全速運行減速至低速運行或停止運行。

【關鍵詞】變頻器；自動扶梯；應用

【中圖分類號】TN773【文獻標識碼】A【文章編號】1005-1074(2009)05-0234-01

1自動扶梯的變頻節(jié)能運行原理

在人員進出相對不頻繁的場所，自動扶梯檢測到空載狀態(tài)一段時間后，將由全速運轉逐漸減速直到停止運轉，這樣便可實現(xiàn)節(jié)省電能達30％～50％左右。當有乘客踏上自動扶梯蓋板時，扶梯可通過設置在床蓋板入口處的光電感應裝置自動感知乘客的到來，開始全速運轉。而不影響乘客的使用?，F(xiàn)在生產(chǎn)的自動扶梯很大部分沒有調速功能，而且扶梯由三相異步電動機經(jīng)變速箱帶動機械部件運轉。根據(jù)電機學理論，交流電動機的轉速公式為:n=60×f/p(1-s)。改變定子電源頻率f可達到調速目的，在恒轉矩要求下，f最大不能超過電動機額定頻率，調速時為了保持最大轉距不變，根據(jù)轉距公式:M=CmφIcosφ。式中:Cm為電機常數(shù);I為轉子電流; φ為電機氣隙磁通;cosφ為轉子功率因數(shù)，必須保持恒定。又根據(jù)電壓公式：U=4.44fWkφ。式中:U為定子電壓;f為定子電壓頻率;W為定子繞組匝數(shù);k為電機常數(shù)，必須保持U/f為常數(shù)，又根據(jù)電機拖動原理，轉速之比等于頻率之比，等于電壓之比，等于功率之比。即N0/N1=f0/f1=U0/U1=P0/P1。即變頻器必須兼?zhèn)渥儔骸⒆冾l兩種功能，這就是變頻電機的基本控制原理。為轉子功率因數(shù)，必須保持φ恒定。例如自動扶梯電機為對4極電機，根據(jù)公式：n=60×f/p(1-s)。當轉差率變化不大時，n基本上正比于f。扶梯恒速時f=50Hz，電機轉速：n=60×50/2=1500，即每分鐘1500轉。扶梯慢行時電機轉速：f=15Hz， n=60×15/2=450，即每分鐘450轉。當電機的額定電壓為380V，頻率為50Hz時，經(jīng)過變頻器改變頻率后，頻率為原頻率的33.3%，即15Hz時，送到電機的電壓則變成: U=380V×15Hz/50Hz=127V。根據(jù)公式得出：U0/U1=P0/P1；P1=0.333P0。因而電機所耗費的電功率也為原功率的33.3%。

2全自動扶梯節(jié)能改造案例

2.1改造的總體原則在不對正常使用扶梯產(chǎn)生任何負面影響的前提下，可以引入無速度傳感器矢量控制的變頻器。即變頻器根據(jù)傳感器產(chǎn)生的信號，在有人乘坐時，扶梯按原有設計速度運行；當無人乘坐時，扶梯減速運行或停止運行。

2.2變頻器的作用用來調整扶梯轉速，啟動和運行平穩(wěn)。在無人時，經(jīng)過延時，系統(tǒng)自動轉入爬行運行或停止運行，以達到節(jié)能的目的。將扶梯入口處安裝光電開光，有乘客時光電開光發(fā)出信號，扶梯經(jīng)變頻器調速至額定速度，當全部乘客離開扶梯后，扶梯又自動進入低速或停止運行狀態(tài)待客。節(jié)省電能、減少機械磨損、延長使用壽命。另變頻器的軟啟動功能可消除電機啟動時的電流沖擊；變頻器為容性負載，可有效改善電機的功率因數(shù)，減少無功損耗；變頻器具有過流、過壓、過載、過熱等多種電子保護裝置，并具有豐富的故障報警輸出功能，可有效保證整個系統(tǒng)的正常運作；無客流量時電梯運行速度很低，機械磨損大為降低。

2.3變頻器的選型系統(tǒng)要求啟動運行平穩(wěn)，無抖動，要求變頻器啟動轉矩大，過載能力強，選擇帶有定時功能的變頻器為好。如四方E380E、科母龍KV2000型變頻器等都具有計時功能。并能提供足夠的輸出轉矩，且過載能力強，轉矩調節(jié)精度高，在開環(huán)條件下速度誤差能達到<0.5％，轉矩響應時間只有10ms，完全能夠滿足扶梯系統(tǒng)的要求。

2.4無人乘坐時扶梯的減速運行假定，傳感器監(jiān)測到有人走向扶梯，一般傳感器的監(jiān)測距離為6m，地面距離大約為4.2m，人走過這段距離約需要 t0=5s左右，這段時間內，變頻器從10Hz運轉加速到50Hz，為安全考慮，必須在人踏上扶梯之前應完成加速，加速時間為3.0s。人踏上到走下扶梯的時間為t₁。如果在（t₀+t₁）時段內無人到來，經(jīng)過 t₂=5s延時后，變頻器降速到 10Hz運行。E380E系列變頻器就是一款扶梯專用型的高性能變頻器，非常適合類似于扶梯類的恒轉矩位能負載，另外，無需用 PLC而利用變頻器內置的計時單元，設置計時單元的計時時間為（t₀+t₁+t₂），有人走進入口時，傳感器信號送到計時器，計時器開始計時，在（t₀+t₁+t₂）秒內，無人走進入口時，經(jīng)過（t₀+t₁+t₂）秒扶梯自動轉換到低速運行；如在（t₀+t₁+t₂）秒內有人走進入口，傳感器輸入的信號對計時器復位并重新開始計時，扶梯就一直以正常速度運行，見圖1。

3應用實例

某酒店共有4臺自動扶梯（功率5.5kw 7.5kw各兩臺），經(jīng)實測月節(jié)能（240+410）×2=1，300kw#8226;h，年節(jié)電為1300×12=15，600 kw#8226;h，全年節(jié)電電費為7，800元。自動扶梯的變頻節(jié)能運行特點。①無人乘梯時：保證扶梯自動平穩(wěn)過渡到節(jié)能運行，以1/5額定速度運行；②有人乘梯時：保證扶梯自動以節(jié)能速度平穩(wěn)過渡到額定速度運行，實際測量時得到了驗證；③扶梯空載時以節(jié)能速度模式運行，功率僅為空載時額定速度運行功率的1/3；④檢修運行時：扶梯系統(tǒng)以1/2額定速度運行，便于檢修和觀察扶梯機構的運行情況，避免了原系統(tǒng)額定速度點動停止不及時的不足；⑤由于無人乘梯時節(jié)能運行時速度很低，機械部分的磨損大大降低，相對延長了扶梯的使用壽命；⑥變頻技術的采用大大降低了扶梯啟動時對電網(wǎng)的沖擊，采用變頻器可有效改善設備的功率因素，降低無功損耗；⑦改造中充分考慮了變頻系統(tǒng)與原系統(tǒng)的并存，便于系統(tǒng)故障時相互切換，不影響用戶的使用；