自動扶梯節能改造設計

張德全

【摘 要】自動扶梯是由一臺特種結構型式的鏈式輸送機和兩臺特殊結構型式的膠帶輸送機所組合而成的，用以在建筑物的不同層高間運載人員上下的一種連續輸送機械。自動扶梯節能改造系統設計采用變頻器的控制組合，構成的調速系統對傳統扶梯進行改造后，紅外傳感器、PLC可編程序控制器與西門使扶梯具備平穩啟動、節能運行和檢修運行功能。扶梯啟動時，避免產生很大的啟動電流；無人乘梯時，扶梯由額定運行速度轉為低速運行，即節約了能源，減小了機械損，也為乘客明確了扶梯運行方向；扶梯檢修時，檢修運行功能保證了扶梯檢修精度。

【關鍵詞】扶梯系統 PLC 變頻器

1自動扶梯節能改造設計方案

該節能方案有以下優點：

（1）無人乘梯時：保證扶梯自動平穩過渡到節能運行，以l/5額定速度運行。（可以選擇當無人乘梯時，扶梯自動停止的功能）；（2）有人乘梯時：保證扶梯自動以節能速度平穩過渡到額定速度運行，實際測量時得到了驗證：（3）扶梯空載時以節能模式運行，電流僅為空載時額定速度運行電流的1/3。

（4）檢修運行時：扶梯系統以1/2額定速度運行，便于檢修和觀察扶梯機構的運行情況，避免了原系統以額定速度運行、點動操作停止不及時的不足。（5）由于無人乘梯時節能運行時速度很低，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的沖擊，采用變頻器可有效改善電網的功率因數，降低無功損耗。（7）改造中充分考慮了變頻系統與原系統的并存，便于系統故障時相互切換，不影響用戶的使用。（8）改造中借用了原系統的安全條件，加上變頻器自身的安全環節使得改造后的系統更安全、更可靠。（9）扶梯節能改造的設備費用與電能節約和機械磨損的費用相比，投入不大，短期內即可收回投資，因此扶梯變頻節能安全改造技術的研制和使用成功，能提高現有扶梯安全節能。

2節能分析

目前常規的自動扶梯空載時仍是額定速度運行，具有耗能大，機械磨損大，使用壽命低等缺點。例如吉林國貿購物中心有16 部扶梯，每部扶梯電功率8kW，每部扶梯日耗電70KWh左右，每部扶梯每天無人空載時間累計約5 小時。如果扶梯在無人空載時停運或緩行，將大大減少用電量。如果將扶梯運行方式由每天連續恒速運行改為有人乘梯時正常恒速運行，無人乘梯時慢速行駛或停止，就能實現節電的目的。參考了大量資料，覺得這種方式完全可以實現。

經過研究試驗，在扶梯電氣控制線路加裝變頻器。采用變頻調速方式控制自動扶梯運行，使扶梯具備平穩啟動、節能運行。無人乘梯時，扶梯由額定運行速度轉為低速運行，既節約了能源，又減小了機械磨損。當乘客走近時，扶梯啟動以正常速度運行；乘客離開后，扶梯減速變為慢速運行或停止，等待下一位乘客。如果乘客連續不斷，扶梯便連續以正常速度運行，直到最后一位乘客離開扶梯。

即變頻器必須兼備變壓、變頻兩種功能，這就是變頻電梯的基本控制原理。

經濟效益分析：

將已有的恒速扶梯改成變頻調速扶梯，考慮到電機不加改動，對于原有的電機，經過驗證，最有效的節能辦法就是加裝變頻器。通過變頻器來改變電源頻率實現調速的目的。

例如：自動扶梯電機為2 對極單速電機，根據公式 （4.1），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f=20Hz，電機轉速：

n=60×20/2=600，即每分鐘600 轉。

當電機的額定電壓為380V，頻率為50Hz 時，經過變頻器改變頻率后，頻率為原頻率的40%，即20Hz 時，送到電機的電壓則變成：

U1=（ 380V×20Hz） /50Hz=152V

根據公式（3.4）得出P1=0.4P0

因而電機所耗費的電功率也為原功率的40%。

根據上面的推算，一臺8kW的電動機，每天運行11 小時，每度電費為1 元，那么它每天的電費為：

1×11×8×0.8=70.4 元。

安裝變頻器后，如果每天慢速運行的時間為全天的50%的話，那么每天慢行所耗費的電費為：

1×5.5×8×0.4×0.8=14.08 元。

安裝變頻器后每天耗電為：70.4/2+14.08=49.28 元。

安裝變頻器后每天節電為：70.4- 49.28=21.12 元。

通過電能表計量實際節電平均每天20kWh 左右。

可見，自動扶梯節能改造的設備費用與電能節約和機械磨損的費用相比，投入不大，投資回報率可觀。

3結語

自動扶梯在酒店、地鐵、火車站、寫字樓等場所應用較多，但因其使用場合的特殊，部分扶梯常處于空轉，當今社會能源匱乏，自動扶梯空載狀態運轉是一種巨大的浪費，并且會使扶梯部件（如電機、減速箱、扶手帶等）產生不必要的磨損及疲勞損傷。因此，自動扶梯進行節能改造，硬件方面系統采用熱釋電紅外傳感器、 可編程序控制器（PLC）與變頻器的控制組合，具有功能強、改造工作量小等優點。這樣就很好的完善了硬件方面的需求。

系統具有可移植性高、結構簡單、使用方便、功耗低、可靠性強等特點，節省電能達30%～50%左右，具有廣闊的應用前景。