自動(dòng)扶梯節(jié)能改造設(shè)計(jì)

張德全

（河北康達(dá)有限公司，河北保定　071000）

自動(dòng)扶梯節(jié)能改造設(shè)計(jì)

張德全

（河北康達(dá)有限公司，河北保定071000）

自動(dòng)扶梯是由一臺(tái)特種結(jié)構(gòu)型式的鏈?zhǔn)捷斔蜋C(jī)和兩臺(tái)特殊結(jié)構(gòu)型式的膠帶輸送機(jī)所組合而成的，用以在建筑物的不同層高間運(yùn)載人員上下的一種連續(xù)輸送機(jī)械。自動(dòng)扶梯節(jié)能改造系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用變頻器的控制組合，構(gòu)成的調(diào)速系統(tǒng)對傳統(tǒng)扶梯進(jìn)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(wěn)啟動(dòng)、節(jié)能運(yùn)行和檢修運(yùn)行功能。扶梯啟動(dòng)時(shí)，避免產(chǎn)生很大的啟動(dòng)電流；無人乘梯時(shí)，扶梯由額定運(yùn)行速度轉(zhuǎn)為低速運(yùn)行，即節(jié)約了能源，減小了機(jī)械損，也為乘客明確了扶梯運(yùn)行方向；扶梯檢修時(shí)，檢修運(yùn)行功能保證了扶梯檢修精度。

扶梯系統(tǒng)PLC變頻器

1　自動(dòng)扶梯節(jié)能改造設(shè)計(jì)方案

該節(jié)能方案有以下優(yōu)點(diǎn)：

（1）無人乘梯時(shí)：保證扶梯自動(dòng)平穩(wěn)過渡到節(jié)能運(yùn)行，以l/5額定速度運(yùn)行。（可以選擇當(dāng)無人乘梯時(shí)，扶梯自動(dòng)停止的功能）；（2）有人乘梯時(shí)：保證扶梯自動(dòng)以節(jié)能速度平穩(wěn)過渡到額定速度運(yùn)行，實(shí)際測量時(shí)得到了驗(yàn)證：（3）扶梯空載時(shí)以節(jié)能模式運(yùn)行，電流僅為空載時(shí)額定速度運(yùn)行電流的1/3。

（4）檢修運(yùn)行時(shí)：扶梯系統(tǒng)以1/2額定速度運(yùn)行，便于檢修和觀察扶梯機(jī)構(gòu)的運(yùn)行情況，避免了原系統(tǒng)以額定速度運(yùn)行、點(diǎn)動(dòng)操作停止不及時(shí)的不足。（5）由于無人乘梯時(shí)節(jié)能運(yùn)行時(shí)速度很低，機(jī)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(shù)的采用，大大降低了扶梯啟動(dòng)時(shí)對電網(wǎng)的沖擊，采用變頻器可有效改善電網(wǎng)的功率因數(shù)，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(shí)相互切換，不影響用戶的使用。（8）改造中借用了原系統(tǒng)的安全條件，加上變頻器自身的安全環(huán)節(jié)使得改造后的系統(tǒng)更安全、更可靠。（9）扶梯節(jié)能改造的設(shè)備費(fèi)用與電能節(jié)約和機(jī)械磨損的費(fèi)用相比，投入不大，短期內(nèi)即可收回投資，因此扶梯變頻節(jié)能安全改造技術(shù)的研制和使用成功，能提高現(xiàn)有扶梯安全節(jié)能。

2　節(jié)能分析

目前常規(guī)的自動(dòng)扶梯空載時(shí)仍是額定速度運(yùn)行，具有耗能大，機(jī)械磨損大，使用壽命低等缺點(diǎn)。例如吉林國貿(mào)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(shí)間累計(jì)約5小時(shí)。如果扶梯在無人空載時(shí)停運(yùn)或緩行，將大大減少用電量。如果將扶梯運(yùn)行方式由每天連續(xù)恒速運(yùn)行改為有人乘梯時(shí)正常恒速運(yùn)行，無人乘梯時(shí)慢速行駛或停止，就能實(shí)現(xiàn)節(jié)電的目的。參考了大量資料，覺得這種方式完全可以實(shí)現(xiàn)。

經(jīng)過研究試驗(yàn)，在扶梯電氣控制線路加裝變頻器。采用變頻調(diào)速方式控制自動(dòng)扶梯運(yùn)行，使扶梯具備平穩(wěn)啟動(dòng)、節(jié)能運(yùn)行。無人乘梯時(shí)，扶梯由額定運(yùn)行速度轉(zhuǎn)為低速運(yùn)行，既節(jié)約了能源，又減小了機(jī)械磨損。當(dāng)乘客走近時(shí)，扶梯啟動(dòng)以正常速度運(yùn)行；乘客離開后，扶梯減速變?yōu)槁龠\(yùn)行或停止，等待下一位乘客。如果乘客連續(xù)不斷，扶梯便連續(xù)以正常速度運(yùn)行，直到最后一位乘客離開扶梯。

現(xiàn)在生產(chǎn)的自動(dòng)扶梯絕大部分沒有調(diào)速功能，而且扶梯都是由三相異步電動(dòng)機(jī)經(jīng)變速箱帶動(dòng)機(jī)械部件運(yùn)轉(zhuǎn)。根據(jù)電機(jī)學(xué)理論，交流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速公式為：

式中：f為定子的電源|穩(wěn)壓器頻率；p為極對數(shù)；n為轉(zhuǎn)速；s為轉(zhuǎn)差率。

（1）改變電動(dòng)機(jī)極對數(shù)p可以改變電機(jī)轉(zhuǎn)速，這是交流雙速電動(dòng)機(jī)采用的調(diào)速方法。（2）通過調(diào)整定子繞組電壓大小來改變轉(zhuǎn)差率s達(dá)到調(diào)速目的，這是交流調(diào)速電動(dòng)機(jī)采用的調(diào)速方法。（3）改變定子電源頻率f 也可達(dá)到調(diào)速目的，但f 最大不能超過電動(dòng)機(jī)額定頻率，電梯作為恒轉(zhuǎn)距負(fù)載，調(diào)速時(shí)為保持最大轉(zhuǎn)距不變，根據(jù)轉(zhuǎn)距公式：

式中：Cm為電機(jī)常數(shù)；I為轉(zhuǎn)子電流；φ為電機(jī)氣隙磁通；cosφ為轉(zhuǎn)子功率因數(shù)，必須保持φ恒定。又根據(jù)電壓公式：

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(jī)常數(shù)，必須保持U/f為常數(shù)，又根據(jù)電機(jī)拖動(dòng)原理，轉(zhuǎn)速之比等于頻率之比，等于電壓之比， 等于功率之比。

即

即變頻器必須兼?zhèn)渥儔骸⒆冾l兩種功能，這就是變頻電梯的基本控制原理。

經(jīng)濟(jì)效益分析：

將已有的恒速扶梯改成變頻調(diào)速扶梯，考慮到電機(jī)不加改動(dòng)，對于原有的電機(jī)，經(jīng)過驗(yàn)證，最有效的節(jié)能辦法就是加裝變頻器。通過變頻器來改變電源頻率實(shí)現(xiàn)調(diào)速的目的。

例如：自動(dòng)扶梯電機(jī)為2對極單速電機(jī)，根據(jù)公式（4.1），當(dāng)轉(zhuǎn)差率變化不大時(shí)，n基本上正比于f。扶梯恒速時(shí)f=50Hz，電機(jī)轉(zhuǎn)速：

n=60×50/2=1500，即每分鐘1500轉(zhuǎn)。

扶梯慢行時(shí)f=20Hz，電機(jī)轉(zhuǎn)速：

n=60×20/2=600，即每分鐘600轉(zhuǎn)。

當(dāng)電機(jī)的額定電壓為380V，頻率為50Hz時(shí)，經(jīng)過變頻器改變頻率后，頻率為原頻率的40%，即20Hz時(shí)，送到電機(jī)的電壓則變成：

U1=（380V×20Hz）/50Hz=152V

根據(jù)公式（3.4）得出P1=0.4P0

因而電機(jī)所耗費(fèi)的電功率也為原功率的40%。

根據(jù)上面的推算，一臺(tái)8kW的電動(dòng)機(jī)，每天運(yùn)行11小時(shí)，每度電費(fèi)為1元，那么它每天的電費(fèi)為：

1×11×8×0.8=70.4元。

安裝變頻器后，如果每天慢速運(yùn)行的時(shí)間為全天的50%的話，那么每天慢行所耗費(fèi)的電費(fèi)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(jié)電為：70.4- 49.28=21.12元。

通過電能表計(jì)量實(shí)際節(jié)電平均每天20kWh左右。

可見，自動(dòng)扶梯節(jié)能改造的設(shè)備費(fèi)用與電能節(jié)約和機(jī)械磨損的費(fèi)用相比，投入不大，投資回報(bào)率可觀。

3　結(jié)語

自動(dòng)扶梯在酒店、地鐵、火車站、寫字樓等場所應(yīng)用較多，但因其使用場合的特殊，部分扶梯常處于空轉(zhuǎn)，當(dāng)今社會(huì)能源匱乏，自動(dòng)扶梯空載狀態(tài)運(yùn)轉(zhuǎn)是一種巨大的浪費(fèi)，并且會(huì)使扶梯部件（如電機(jī)、減速箱、扶手帶等）產(chǎn)生不必要的磨損及疲勞損傷。因此，自動(dòng)扶梯進(jìn)行節(jié)能改造，硬件方面系統(tǒng)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(qiáng)、改造工作量小等優(yōu)點(diǎn)。這樣就很好的完善了硬件方面的需求。

系統(tǒng)具有可移植性高、結(jié)構(gòu)簡單、使用方便、功耗低、可靠性強(qiáng)等特點(diǎn)，節(jié)省電能達(dá)30%～50%左右，具有廣闊的應(yīng)用前景。