自動扶梯節能控制技術分析

摘要：為充分滿足日常生活及工作要求，自動扶梯應運而生。該設施廣泛應用在火車站、地鐵、商場、機場、賓館等公共場所，擁有較強的便利性。然而自動扶梯工作運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，受到社會各界廣泛關注。文章對自動扶梯節能控制技術進行了探討。

關鍵詞：自動扶梯；節能控制技術；轉換模式；自動運行；變頻驅動 文獻標識碼：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，自動扶梯為應用自帶循環運行梯路通過向上或者是向下傾斜連續運載乘客的固定電力驅動設備，該便利設施在眾多場所中均有廣泛應用。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空載運行情況。傳統意義上的扶梯，無論是載客，還是空載，均使用相同額定速度運行，無形中催生了一定的機械磨損，導致了嚴重的電能浪費，因此有必要采用合理節能控制技術，旨在降低自動扶梯運行能耗，減小機械磨損，滿足節能需求。

1 自動扶梯的市場現狀分析

自動扶梯的應用范圍十分廣泛，在公共場所中實現乘客運送最為典型的設備設施是自動扶梯，其在超市以及大型商場、火車站以及地鐵站、機場以及賓館等場合有著廣泛應用，優勢在于便捷快速、運輸量巨大等，使得人們日常工作生活能夠享受更多便利。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的時候處于額定運行狀態，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。基于此，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，增加扶梯的使用時間。

2 常見的自動扶梯節能控制技術

2.1 轉換模式

通常而言，啟動自動扶梯設施之后，其一直是通過三角形接法模式運作。轉換節能方式指的是自動扶梯處于輕載狀態或者是承載率在40%以下的空載情形下通過星形接法模式運行，在重載的時候通過三角形接法運行。相較于Z轉換的啟動方式，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。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，相較于三角形接法而言，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。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中可起到良好的節能成效。該法在輕載時間多于重載時間并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

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。自動運行節能方式指的是在扶梯入口位置處進行感應區的合理設置，一旦有乘客步入感應區需搭乘自動扶梯，則感應裝置能夠把信號向自動扶梯控制系統進行傳輸，控制系統可啟動自動扶梯。在無人處于感應區位置時，控制系統會延時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。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。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，相較于正常運行電能，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械部件遭受較大磨損情況。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

結合公式功率等于力乘以速度可知，針對運行速度進行調整可使所需功率發生變化。變頻驅動節能方式主要應用變頻調速裝置實現運行速度調整，若有乘客可設定速度運行，若無乘客則保持低速運行或者是讓用戶設定關閉，這主要是因為自動扶梯空載時間多超過載客時間，進而可滿足相應的節能需求。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。

變頻器啟動及調速較為平穩，可實現零速制動，所產生噪聲較小。根據具體客流量，變頻驅動節能方式可分時段完成速度設定，其主要包括兩方面內容：第一，旁路變頻驅動，自動扶梯設施處于額定速度實現運行的時候，采用50赫茲工頻電源供電，此時變頻器未投入運行，當扶梯空載一段時間后，控制系統會將供電方式由工頻電源供電切換至通過變頻器進行控制，讓自動扶梯低速運行，滿足節能需求。一旦有人乘梯，變頻器便讓自動扶梯加速至額定速度，到達指定值，扶梯旁路把變頻器解除，并向工頻電源進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額定功率的60%即可，相較于全變頻驅動模式而言，旁路變頻驅動方式成本低且容量大、結構簡單，可在機房內部進行安裝，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量要求，建議在此方式下的電動機功率應用控制在11千瓦以下，旨在保證質量可靠；第二，全變頻驅動，無論自動扶梯處于何種運行速度，變頻器能夠一直串聯在電源電路中，作用為提供電源給自動扶梯，其無需增設復雜程度較高的電氣控制電路，能夠實現分時段運行速度設定，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閉，實際節能成效較為顯著，除此之外，輕載狀態下電動機電流逐漸變小，變頻器能夠自行適應降低輸出電壓，滿足節能需求，此法缺陷在于變頻器功率大、成本高且所占體積大，對應的制動電阻應進行散熱行為，無法在機房內安裝變頻器，進而只可將其安裝在自動扶梯外部位置。

2.4 節能效果對比分析

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。可見，其在沒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，該方式跟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。

伴隨著速度的不斷增大，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，節能比例約為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8kW，則在承載20%附近變化為發電狀態，若電動機功率高于8kW，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。

3 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必須選擇具備合格資質的相同單位。

4 結語

綜上可知，通過合理應用節能技術控制自動扶梯，能夠起到良好的節能成效，降低機械磨損度，延長機械使用壽命。伴隨著節能技術的優化推廣，自動扶梯節能技術將會催生可觀的社會效益和經濟效益。

參考文獻

[1] 張超，孫慶杰.自動扶梯節能控制技術應用[J].城市建設理論研究（電子版），2012，（16）.

[2] 楊澤婷.自動扶梯節能設計研究[J].科技致富向導，2011，（19）.

[3] 沈玉梅.基于PLC的自動扶梯變頻系統設計[J].機電工程技術，2011，（12）.

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

[5] 張春雨.自動扶梯優化設計[J].城市建設理論研究（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。

（責任編輯：秦遜玉）