馬 英佛山市軌道交通發(fā)展有限公司，廣東佛山 528000

自動(dòng)扶梯的能耗影響因素分析及節(jié)能控制策略

馬 英
佛山市軌道交通發(fā)展有限公司，廣東佛山 528000

隨著我國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，機(jī)械化水平和自動(dòng)化水平的提升，耗能的設(shè)備越來越多，其中本文研究的自動(dòng)扶梯，就是耗能高的一種設(shè)備。我國正在走節(jié)能減排的可持續(xù)發(fā)展道路，加大力度進(jìn)行新能源的開發(fā)和利用，更加注重節(jié)能降耗的問題。本文分析了自動(dòng)扶梯工作中高能耗的影響因素，針對(duì)性地提出了對(duì)于自動(dòng)扶梯的節(jié)能控制策略。

自動(dòng)扶梯；能耗；節(jié)能控制

1 自動(dòng)扶梯的節(jié)能需求

在大型超市、百貨商場、會(huì)展中心、火車站、地鐵等公共場所，隨處可見自動(dòng)扶梯的應(yīng)用，自動(dòng)扶梯已經(jīng)成為建筑物內(nèi)方便人們行走的不可缺少的傳輸設(shè)備。自動(dòng)扶梯雖然給人們帶來了極大的方便，但它在運(yùn)行時(shí)耗電量特別大。研究調(diào)查表明，目前，我國自動(dòng)扶梯的用量已經(jīng)超過了6萬臺(tái)，并且每年正在以10%的速度不斷地增長。其中，非節(jié)能扶梯占95%以上。按1臺(tái)扶梯的功率為5.5kW、每天運(yùn)行12h計(jì)算，每年每臺(tái)扶梯將耗電24 090kW·h。全國每年僅扶梯一項(xiàng)就會(huì)消耗電能約1.3×109kW·h，且每臺(tái)扶梯分別會(huì)有10%～40%不等的間斷性空載現(xiàn)象，這就意味著全國每年將有2×108～5×108的電能浪費(fèi)在扶梯上［1］。

2 自動(dòng)扶梯的能效測(cè)量

2.1 測(cè)量目標(biāo)的選擇

在公共交通場所，對(duì)于自動(dòng)扶梯提出了兩點(diǎn)要求，這是自動(dòng)扶梯必須符合的。一是公共自動(dòng)扶梯必須是用公共交通的公共場合；二是公共自動(dòng)扶梯必須運(yùn)行穩(wěn)定，每天工作時(shí)間不少于20h，且每3h至少有30min在100%載荷下工作。這里我們選擇滿足以上要求的自動(dòng)扶梯進(jìn)行研究，并選擇普遍使用的自動(dòng)扶梯規(guī)格：提升高度5m（±0.5m），額定速度是0.5m/s。

2.2 測(cè)量工具

3169-20鉗形功率計(jì)是一種測(cè)量電壓、電流、有功功率、功率因數(shù)和諧波畸變率的有效工具，它不僅測(cè)量精確，而且經(jīng)濟(jì)實(shí)惠。唯一不足的是，它操作比較復(fù)雜，但是熟練掌握操作步驟和規(guī)范后，此儀器還是比較適用的。

2.3 測(cè)試點(diǎn)的確定

本文選取了3個(gè)測(cè)試點(diǎn)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)測(cè)量，見圖1。分別是：

1）測(cè)量點(diǎn)1：扶梯電機(jī)、扶梯照明、排水裝置及加熱裝置等用電設(shè)備總能耗。

2）測(cè)量點(diǎn)2：自動(dòng)扶梯驅(qū)動(dòng)回路的能耗。

3）測(cè)量點(diǎn)3：其他用電設(shè)備的總能耗。

2.4 自動(dòng)扶梯工作狀態(tài)

測(cè)量功耗時(shí)，選擇了幾種扶梯的工作狀態(tài)。

2.4.1 空載時(shí)升降有功功率檢測(cè)

自動(dòng)扶梯的工作效率是我們最關(guān)心的一個(gè)指標(biāo)，扶梯的空載功耗大就會(huì)嚴(yán)重影響其工作效率，我們通過測(cè)量扶梯空載時(shí)的功耗，進(jìn)而得知其性能。

2.4.2 載客時(shí)有功功率檢測(cè)

載客的多少會(huì)影響自動(dòng)扶梯的運(yùn)行功耗，根據(jù)不同載客人數(shù)，我們測(cè)量相應(yīng)的功耗，進(jìn)而得知載客數(shù)和功耗的關(guān)系。

3 自動(dòng)扶梯能耗的影響因素分析

3.1 減速器和傳動(dòng)裝置因素

為了說明減速器和傳動(dòng)裝置對(duì)自動(dòng)扶梯的功耗有影響，我們做了一個(gè)實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)選取了兩臺(tái)寬度為1m，速度均為0.5m/s自動(dòng)扶梯為樣本，在載客數(shù)量相同的情況下，分別測(cè)量它們的功耗。將自動(dòng)扶梯升高到5m左右，1號(hào)自動(dòng)扶梯的功耗為1.65kW，2號(hào)自動(dòng)扶梯的功耗為4.78kW。這兩種自動(dòng)扶梯的區(qū)別在于，使用了不同的減速器和傳動(dòng)裝置，所以我們得出，減速器和傳動(dòng)裝置的選擇對(duì)自動(dòng)扶梯的功耗有很大的影響。一般認(rèn)為，三角皮帶一級(jí)減速+二級(jí)斜齒輪減速組合來設(shè)計(jì)自動(dòng)扶梯功耗比較低。

3.2 維保質(zhì)量的影響

我們選擇兩臺(tái)同一廠家的型號(hào)規(guī)格一樣的自動(dòng)扶梯作為樣本，分別對(duì)其空載時(shí)的功耗進(jìn)行測(cè)量，唯一不同的是，運(yùn)行時(shí)間相同而維修保養(yǎng)的程度不一樣，1號(hào)扶

梯的維保質(zhì)量較高。1號(hào)自動(dòng)扶梯的空載功耗為1.45kW；2號(hào)扶梯的功耗為3.08kW，這一數(shù)據(jù)充分說明了我們先前的假設(shè)，在其它條件相同的前提下，維修保養(yǎng)工作做的越到位，運(yùn)行功耗越低。為了進(jìn)一步佐證這一結(jié)論，我們選取相同型號(hào)的自動(dòng)扶梯，測(cè)量它空載時(shí)的功耗。3號(hào)扶梯的空載功耗是2.5kW；4號(hào)扶梯的運(yùn)行功耗為3.5kW，根據(jù)我們之前的結(jié)論推理，這一測(cè)量說明了4號(hào)扶梯的維修保養(yǎng)工作比3號(hào)質(zhì)量差。經(jīng)過與設(shè)備管理人員確認(rèn)，果然4號(hào)扶梯近期還沒有進(jìn)行保養(yǎng)，而3號(hào)已經(jīng)保養(yǎng)過。所以我們的結(jié)論是正確的，自動(dòng)扶梯的日常保養(yǎng)和定期維修是非常重要的，是保證自動(dòng)扶梯正常穩(wěn)定工作和人員安全的前提。

3.3 待機(jī)功率的影響

自動(dòng)扶梯有兩種降低功耗的設(shè)計(jì)，一種是自動(dòng)停止運(yùn)行，也就是扶梯無乘客使用時(shí)，驅(qū)動(dòng)回路斷開，不需要耗電，只需點(diǎn)亮指示燈提醒乘客，當(dāng)乘客按照指示進(jìn)入扶梯，扶梯啟動(dòng)進(jìn)入正常運(yùn)行模式；另一種是當(dāng)扶梯上沒有載客時(shí)，扶梯將進(jìn)入半休眠狀態(tài)，低速運(yùn)行，功耗也就隨即降低，當(dāng)有人進(jìn)入扶梯時(shí)，扶梯就會(huì)恢復(fù)常規(guī)運(yùn)行。在沒有載客的情況下，自動(dòng)停止運(yùn)行模式驅(qū)動(dòng)回路不耗電，較自動(dòng)低速運(yùn)行的模式節(jié)省電能。設(shè)計(jì)合理的空載速度，待機(jī)狀態(tài)會(huì)大大降低功耗，提高工作效率。

3.4 自動(dòng)扶梯的節(jié)能控制

自動(dòng)扶梯是為了搭載乘客的，沒有乘客的時(shí)候，扶梯最理想的狀態(tài)是不運(yùn)行。針對(duì)扶梯運(yùn)行模式這一課題，我們制定了多種方案，以使自動(dòng)扶梯真正實(shí)現(xiàn)節(jié)能的目的。

3.4.1 無人停梯模式

無人停梯模式是在扶梯上無乘客的情況下扶梯切斷驅(qū)動(dòng)回路的供電或通過變頻器使電梯處于0速運(yùn)行，較之通過變頻器0速運(yùn)行，很明顯直接切斷驅(qū)動(dòng)回路的供電更節(jié)省電能。無人停梯模式在有無變頻器的情況下都可實(shí)現(xiàn)，但無變頻器的情況下當(dāng)乘客進(jìn)入扶梯時(shí)扶梯啟動(dòng)加速度較大，且自動(dòng)停梯模式下扶梯處于運(yùn)行的狀態(tài)僅有指示裝置提示，所以，要結(jié)合扶梯運(yùn)行安全綜合考慮使用。

3.4.2 無人低速運(yùn)行模式

無人低速運(yùn)行需要通過變頻器的調(diào)節(jié)，在空載時(shí)調(diào)整至設(shè)定好的低速模式運(yùn)行，此種方式同樣可以降低空載運(yùn)行能耗，較之無人停梯模式耗電量有所提高，但扶梯有明顯的運(yùn)行方向，不致誤導(dǎo)乘客。

3.4.3 負(fù)載率調(diào)速模式

通過負(fù)載率調(diào)節(jié)扶梯速度的模式須由變頻器控制電機(jī)，且控制回路可以采集扶梯的負(fù)載情況。在該模式下運(yùn)行，控制回路通過采集到的扶梯負(fù)載率確定變頻器的輸出頻率，由變頻器調(diào)節(jié)電機(jī)的運(yùn)行速度，以達(dá)到低負(fù)載的情況下扶梯的節(jié)能運(yùn)行。

3.4.4 旁路變頻模式

旁路變頻模式即每當(dāng)扶梯處額定速度運(yùn)行時(shí)，都是工頻電源在供電，頻率為50Hz。當(dāng)扶梯上沒有乘客時(shí)，切換至換變頻器工作，控制扶梯的速度降低，當(dāng)扶梯有人乘坐時(shí)，變頻器工作，使扶梯速度逐漸上升到平穩(wěn)運(yùn)行速度，即刻切換工頻電源。這樣的工作模式可以使得工頻電源在一定時(shí)間內(nèi)直接給扶梯供電，做到了能源的有效利用。在扶梯向下運(yùn)行、載荷達(dá)到一定程度時(shí)，電機(jī)處于發(fā)電狀態(tài)，使用這種模式系統(tǒng)可以將電能直接反饋至電網(wǎng)，供其它設(shè)備使用，做到能源綠色循環(huán)。

4 結(jié)論

綜上所述，我們做了大量實(shí)驗(yàn)來找出影響自動(dòng)扶梯耗能高的因素，其中，減速器和傳動(dòng)裝置、維保質(zhì)量等因素是影響耗能的主要因素。針對(duì)這些因素可以提出幾種節(jié)能方案，幾種節(jié)能方案是在不同運(yùn)行狀態(tài)下的節(jié)能模式，可根據(jù)實(shí)際情況組合使用，其中最有效控制能耗的方案是無人時(shí)停止運(yùn)行，有載時(shí)按負(fù)載率調(diào)速，速度調(diào)至額定速度時(shí)采用旁路變頻運(yùn)行模式，我們利用這一方案可以有效實(shí)現(xiàn)能源的節(jié)約。

［1］李淼.自動(dòng)扶梯的能耗影響因素及節(jié)能對(duì)策［J］.科技與創(chuàng)新，2014（24）：96.

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