變頻器在自動扶梯節(jié)能設(shè)計中的應(yīng)用探討

邵紫薇 孫麗君

東芝電梯（中國）有限公司 遼寧沈陽 110000

自動扶梯的應(yīng)用范圍很廣，包括像地鐵、商場、車站和賓館等各種公共場所，以往傳統(tǒng)的自動扶梯往往會有超過20%-40%的能量會流失于四處空間，以熱量的方式白白浪費掉。而自動扶梯運行的時間每天也可以達到14個小時往上，但是其處于額定負載下的運行時間卻很短，相關(guān)的統(tǒng)計數(shù)據(jù)分析表明，即便是在人流蜂擁的地鐵站內(nèi)，自動扶梯運行的持續(xù)率也僅僅占比25%-30%，所以自動扶梯實際上又比較普遍地存在長期低載以及空載運行的情況，致使電力資源嚴重浪費，所以，這樣一來，對于自動扶梯節(jié)能控制技術(shù)的研究工作的開展又顯得極其有必要。

1 自動扶梯電機能耗分析

絕大多數(shù)自動扶梯的驅(qū)動系統(tǒng)其核心都是一個交流（AC）感應(yīng)電機。即便交流感應(yīng)機屬于是比較可靠的動力源，但很多終端用戶卻不知道交流電機的效率在載荷比較輕時都會很低。介于多數(shù)交流電機固有的設(shè)計，交流電機有超過20%-40%都是做的屬于無用功，此部分能量又時常會以熱量的形式白白浪費掉。

電動機的正常運行狀態(tài)下功率損耗主要包括三個主要部分：即定子銅耗定子鐵耗以及轉(zhuǎn)子銅耗。又介于轉(zhuǎn)子中的電流頻率很低，所以轉(zhuǎn)子的鐵耗會相對來說小一些，此一點可以完全忽略不計，此外機械損耗以及附加損耗也比較小，同樣可以將其忽略。但是定子損耗和轉(zhuǎn)子銅損耗其分別和定子以及轉(zhuǎn)子中的電流損耗平方成正比，所以，電流較小的往往又會使得這兩種損耗明顯降低。而關(guān)于定子中的鐵耗，包含有磁滯損耗以及渦流損耗，此二者均與電源頻率成正比，同時也和鐵芯中磁感應(yīng)強度的平方成正比，基于此，有效減少頻率并且有效降低鐵芯磁通密度都會使得定子鐵耗有所降低[1]。

根據(jù)電機學(xué)原理可知：

輸入功率=定子銅耗+鐵耗+轉(zhuǎn)子銅耗+機械損耗+附加損耗+輸出功率=（定子銅耗+轉(zhuǎn)子銅耗）+（鐵耗+機械損耗+附加損耗）+輸出功率=可變損耗+損耗+輸出=損耗+輸出功率。

結(jié)合上面的內(nèi)容進行分析我們得出：想要使自動扶梯實現(xiàn)電機節(jié)能，就一定要結(jié)合減少電機損耗以及減少輸出功率此兩個方面展開進行。

1.1 減少損耗

減少損耗實際上也是有效提高電機工作效率。一般電機的工作效率都會控制在75%-80%，額定負載的時候其效率屬于最高。而在輕載時則可調(diào)整其輸入電壓來有效減少損耗，當可變損耗與不變損耗相等時，異步電機的功率將會達到最大值。

1.2 減少輸出功率

電機的輸出功率與其轉(zhuǎn)速是成正比例的，而采用變頻調(diào)速則就可以線性減少自動扶梯的輸出功率，從而有效達到節(jié)能的目的。微機的變頻調(diào)速是以電源的調(diào)節(jié)頻率來有效改變異步電機的轉(zhuǎn)速的，那么在自動扶梯沒有人而空載狀態(tài)下的時候往往能夠使得扶梯的轉(zhuǎn)速降低（比如20%或者50%的額定轉(zhuǎn)速），進行節(jié)能，而在扶梯被檢測到需要載人的時候需要事前將其恢復(fù)到正常狀態(tài)或正常速度。那么變頻器在輕載的時候，就可以自行將其調(diào)整到輸入電壓并以此來有效地降低其損耗[2]。

2 扶梯變頻節(jié)能控制系統(tǒng)運行特性

2.1 變頻運行工作方式

這種方式屬于是正常的工作方式，其可以根據(jù)客流狀況來自動變換調(diào)整其運行的速度，從而達到有效的減少磨損和損耗的效果。當處于扶梯兩端的傳感器檢測到有乘客乘梯或者是有人進入時，其會自動調(diào)整至平穩(wěn)狀態(tài)下的額定功率運行速度（0.5m/s），并以此快速的完成客運功能。而此期間如果再有乘客進入，那么扶梯則會自動計時以此來延長運行時間，最終保證能夠把所有乘客安全輸送至終點。如果扶梯運行過一段時間以后（結(jié)合實際語言設(shè)定為30-180s），此兩端一直都未能夠檢測到有乘客進入，此時自動平穩(wěn)地降速閑置運行，其速度可以根據(jù)實際需要設(shè)定在0.05-0.25s/m范圍以內(nèi)。假如扶梯閑置時間長達5min之久，這時候可以停止運行使其進入到待客狀態(tài)，而如果有乘客進入，那么就能夠自動恢復(fù)運行，如此也可以自動地達到最佳的運行節(jié)能方式。（此功能能夠以微處理器板上的開關(guān)來進行選定）。在客流量不大的情況下，我們?yōu)榱丝梢赃_到最佳的節(jié)能，同樣可以設(shè)定，如果扶梯在沒有檢測到有乘客進入扶梯時，即可停止運行，在扶梯上下入口處設(shè)置的指示燈用于指示乘客的運行方向，假如乘客此時由正向入梯，則此時扶梯能夠安全平穩(wěn)地將速度提高至額定值（0.5m/s），并以此快速地完成客運功能。但如果是由反向入梯，那么此時扶梯正向啟動并且此時蜂鳴器鳴叫，同時警告乘客不能乘梯[3]。

2.2 備用工作方式

可以試圖用轉(zhuǎn)換開關(guān)來選擇備用工作方式，也就是單速運行方式。此項功能可以當作是應(yīng)急來使用，致使當變頻器或是傳感器有故障出現(xiàn)以及客流量短期內(nèi)增加時需要連續(xù)快速的運行則能夠很好的保證扶梯運客的功能。

2.3 無級變速曲線

變頻驅(qū)動方式的采用使得速度的轉(zhuǎn)換從無級平滑緩慢的效果得以完成，其過度時長則可長達5s，即便是扶梯上面有乘客站立，也不會因為其速度有變化而產(chǎn)生任何危險或者不適。

3 結(jié)語

從理論意義上來講，對于自動扶梯節(jié)能控制技術(shù)的研究，提出了其最佳的控制方案，并且采用瞬時檢測技術(shù)以及自適應(yīng)模糊算法和單片機控制，調(diào)速調(diào)壓變頻智能控制系統(tǒng)，把扶梯的運行狀態(tài)從單速形式逐漸升級為變頻無級調(diào)速形式，如此來有效實現(xiàn)沒有乘客的時候自動進入到慢速或者是停止狀態(tài)，而有乘客的時候自動平穩(wěn)地進入正常的快速狀態(tài)。實踐證明，系統(tǒng)的節(jié)能效果比較明顯，而此將會在產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟效益的同時又有良好的社會效益。