【摘要】由于能源和電力資源的匱乏，自動(dòng)扶梯在空載狀態(tài)下的運(yùn)轉(zhuǎn)成為一種巨大的浪費(fèi)，應(yīng)讓自動(dòng)扶梯自動(dòng)檢測(cè)到空載狀態(tài)一段時(shí)間后，指令扶梯由全速運(yùn)行減速至低速運(yùn)行或停止運(yùn)行。

【關(guān)鍵詞】變頻器；自動(dòng)扶梯；應(yīng)用

【中圖分類號(hào)】TN773【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A【文章編號(hào)】1005-1074(2009)05-0234-01

1自動(dòng)扶梯的變頻節(jié)能運(yùn)行原理

在人員進(jìn)出相對(duì)不頻繁的場(chǎng)所，自動(dòng)扶梯檢測(cè)到空載狀態(tài)一段時(shí)間后，將由全速運(yùn)轉(zhuǎn)逐漸減速直到停止運(yùn)轉(zhuǎn)，這樣便可實(shí)現(xiàn)節(jié)省電能達(dá)30％～50％左右。當(dāng)有乘客踏上自動(dòng)扶梯蓋板時(shí)，扶梯可通過(guò)設(shè)置在床蓋板入口處的光電感應(yīng)裝置自動(dòng)感知乘客的到來(lái)，開(kāi)始全速運(yùn)轉(zhuǎn)。而不影響乘客的使用?，F(xiàn)在生產(chǎn)的自動(dòng)扶梯很大部分沒(méi)有調(diào)速功能，而且扶梯由三相異步電動(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:n=60×f/p(1-s)。改變定子電源頻率f可達(dá)到調(diào)速目的，在恒轉(zhuǎn)矩要求下，f最大不能超過(guò)電動(dòng)機(jī)額定頻率，調(diào)速時(shí)為了保持最大轉(zhuǎn)距不變，根據(jù)轉(zhuǎn)距公式:M=CmφIcosφ。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(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(jī)的基本控制原理。為轉(zhuǎn)子功率因數(shù)，必須保持φ恒定。例如自動(dòng)扶梯電機(jī)為對(duì)4極電機(jī)，根據(jù)公式：n=60×f/p(1-s)。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)電機(jī)轉(zhuǎn)速：f=15Hz， n=60×15/2=450，即每分鐘450轉(zhuǎn)。當(dāng)電機(jī)的額定電壓為380V，頻率為50Hz時(shí)，經(jīng)過(guò)變頻器改變頻率后，頻率為原頻率的33.3%，即15Hz時(shí)，送到電機(jī)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(jī)所耗費(fèi)的電功率也為原功率的33.3%。

2全自動(dòng)扶梯節(jié)能改造案例

2.1改造的總體原則在不對(duì)正常使用扶梯產(chǎn)生任何負(fù)面影響的前提下，可以引入無(wú)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(hào)，在有人乘坐時(shí)，扶梯按原有設(shè)計(jì)速度運(yùn)行；當(dāng)無(wú)人乘坐時(shí)，扶梯減速運(yùn)行或停止運(yùn)行。

2.2變頻器的作用用來(lái)調(diào)整扶梯轉(zhuǎn)速，啟動(dòng)和運(yùn)行平穩(wěn)。在無(wú)人時(shí)，經(jīng)過(guò)延時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)轉(zhuǎn)入爬行運(yùn)行或停止運(yùn)行，以達(dá)到節(jié)能的目的。將扶梯入口處安裝光電開(kāi)光，有乘客時(shí)光電開(kāi)光發(fā)出信號(hào)，扶梯經(jīng)變頻器調(diào)速至額定速度，當(dāng)全部乘客離開(kāi)扶梯后，扶梯又自動(dòng)進(jìn)入低速或停止運(yùn)行狀態(tài)待客。節(jié)省電能、減少機(jī)械磨損、延長(zhǎng)使用壽命。另變頻器的軟啟動(dòng)功能可消除電機(jī)啟動(dòng)時(shí)的電流沖擊；變頻器為容性負(fù)載，可有效改善電機(jī)的功率因數(shù)，減少無(wú)功損耗；變頻器具有過(guò)流、過(guò)壓、過(guò)載、過(guò)熱等多種電子保護(hù)裝置，并具有豐富的故障報(bào)警輸出功能，可有效保證整個(gè)系統(tǒng)的正常運(yùn)作；無(wú)客流量時(shí)電梯運(yùn)行速度很低，機(jī)械磨損大為降低。

2.3變頻器的選型系統(tǒng)要求啟動(dòng)運(yùn)行平穩(wěn)，無(wú)抖動(dòng)，要求變頻器啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩大，過(guò)載能力強(qiáng)，選擇帶有定時(shí)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(jì)時(shí)功能。并能提供足夠的輸出轉(zhuǎn)矩，且過(guò)載能力強(qiáng)，轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)精度高，在開(kāi)環(huán)條件下速度誤差能達(dá)到<0.5％，轉(zhuǎn)矩響應(yīng)時(shí)間只有10ms，完全能夠滿足扶梯系統(tǒng)的要求。

2.4無(wú)人乘坐時(shí)扶梯的減速運(yùn)行假定，傳感器監(jiān)測(cè)到有人走向扶梯，一般傳感器的監(jiān)測(cè)距離為6m，地面距離大約為4.2m，人走過(guò)這段距離約需要 t0=5s左右，這段時(shí)間內(nèi)，變頻器從10Hz運(yùn)轉(zhuǎn)加速到50Hz，為安全考慮，必須在人踏上扶梯之前應(yīng)完成加速，加速時(shí)間為3.0s。人踏上到走下扶梯的時(shí)間為t₁。如果在（t₀+t₁）時(shí)段內(nèi)無(wú)人到來(lái)，經(jīng)過(guò) t₂=5s延時(shí)后，變頻器降速到 10Hz運(yùn)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(zhuǎn)矩位能負(fù)載，另外，無(wú)需用 PLC而利用變頻器內(nèi)置的計(jì)時(shí)單元，設(shè)置計(jì)時(shí)單元的計(jì)時(shí)時(shí)間為（t₀+t₁+t₂），有人走進(jìn)入口時(shí)，傳感器信號(hào)送到計(jì)時(shí)器，計(jì)時(shí)器開(kāi)始計(jì)時(shí)，在（t₀+t₁+t₂）秒內(nèi)，無(wú)人走進(jìn)入口時(shí)，經(jīng)過(guò)（t₀+t₁+t₂）秒扶梯自動(dòng)轉(zhuǎn)換到低速運(yùn)行；如在（t₀+t₁+t₂）秒內(nèi)有人走進(jìn)入口，傳感器輸入的信號(hào)對(duì)計(jì)時(shí)器復(fù)位并重新開(kāi)始計(jì)時(shí)，扶梯就一直以正常速度運(yùn)行，見(jiàn)圖1。

3應(yīng)用實(shí)例

某酒店共有4臺(tái)自動(dòng)扶梯（功率5.5kw 7.5kw各兩臺(tái)），經(jīng)實(shí)測(cè)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(fèi)為7，800元。自動(dòng)扶梯的變頻節(jié)能運(yùn)行特點(diǎn)。①無(wú)人乘梯時(shí)：保證扶梯自動(dòng)平穩(wěn)過(guò)渡到節(jié)能運(yùn)行，以1/5額定速度運(yùn)行；②有人乘梯時(shí)：保證扶梯自動(dòng)以節(jié)能速度平穩(wěn)過(guò)渡到額定速度運(yùn)行，實(shí)際測(cè)量時(shí)得到了驗(yàn)證；③扶梯空載時(shí)以節(jié)能速度模式運(yùn)行，功率僅為空載時(shí)額定速度運(yùn)行功率的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)額定速度點(diǎn)動(dòng)停止不及時(shí)的不足；⑤由于無(wú)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(duì)延長(zhǎng)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(duì)電網(wǎng)的沖擊，采用變頻器可有效改善設(shè)備的功率因素，降低無(wú)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；