自动扶梯节能控制技术分析

摘要：为充分满足日常生活及工作要求，自动扶梯应运而生。该设施广泛应用在火车站、地铁、商场、机场、宾馆等公共场所，拥有较强的便利性。然而自动扶梯工作运行所需耗电量是十分巨大的，如何降低扶梯能耗，使之更好地为大众服务，受到社会各界广泛关注。文章对自动扶梯节能控制技术进行了探讨。

关键词：自动扶梯；节能控制技术；转换模式；自动运行；变频驱动 文献标识码：A

中图分类号：TP368 文章编号：1009-2374（2016）01-0081-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.01.041

一般来说，自动扶梯为应用自带循环运行梯路通过向上或者是向下倾斜连续运载乘客的固定电力驱动设备，该便利设施在众多场所中均有广泛应用。然而，在实际使用过程中，如果人流量相对较少，会造成自动扶梯出现空载运行情况。传统意义上的扶梯，无论是载客，还是空载，均使用相同额定速度运行，无形中催生了一定的机械磨损，导致了严重的电能浪费，因此有必要采用合理节能控制技术，旨在降低自动扶梯运行能耗，减小机械磨损，满足节能需求。

1 自动扶梯的市场现状分析

自动扶梯的应用范围十分广泛，在公共场所中实现乘客运送最为典型的设备设施是自动扶梯，其在超市以及大型商场、火车站以及地铁站、机场以及宾馆等场合有着广泛应用，优势在于便捷快速、运输量巨大等，使得人们日常工作生活能够享受更多便利。自动扶梯在使用中普遍存在一些弊端，多数自动扶梯遭遇较大客流量的时候处于额定运行状态，若没有乘客乘坐仍然是以额定速度运行，如此一来会造成扶梯设备寿命大大降低。基于此，建议选用多种节能控制技术，譬如PLC与变频器相结合的节能控制系统，能够有效克服扶梯所存在的缺点，合理控制，优化发展，增加扶梯的使用时间。

2 常见的自动扶梯节能控制技术

2.1 转换模式

通常而言，启动自动扶梯设施之后，其一直是通过三角形接法模式运作。转换节能方式指的是自动扶梯处于轻载状态或者是承载率在40%以下的空载情形下通过星形接法模式运行，在重载的时候通过三角形接法运行。相较于Z转换的启动方式，转换节能方式的不同之处在于其不基于时间原则转换成三角形接法运行，而是结合具体负载情况实现星形—三角形的互相转换。自动扶梯在轻载状态下通过星形接法运行，伴随着乘客数量的不断增多，扶梯负载逐步加大，电动机转差率随之增加，待其达到某种程度后，基于转换装置，演变成三角形运行。若自动扶梯搭载乘客数量逐步减少，控制系统进行检测之后发现负载下降至某种程度，便转换为星形接法运行，循环往复。自动扶梯基于星形接法进行运作的时候，其电动机定子绕组相电流及电压为三角形接法的1/1.73，相较于三角形接法而言，星形接法下的定子及转子的铜耗、电动机铁耗均较低些，如此一来，能够大大降低扶梯轻载产生的电能损耗，进而满足节能需求。转换模式不会对原有控制电路造成较大改动，其只是在自动扶梯处于轻载状态中可起到良好的节能成效。该法在轻载时间多于重载时间并通过额定速度运行的自动扶梯中较为适用。

2.2 自动运行节能方式

在启动自动扶梯之后，其通常是基于三角形接法通过额定电压及额定速度实现运行，直至通过人工手段关闭，自动扶梯才会停止运作。自动运行节能方式指的是在扶梯入口位置处进行感应区的合理设置，一旦有乘客步入感应区需搭乘自动扶梯，则感应装置能够把信号向自动扶梯控制系统进行传输，控制系统可启动自动扶梯。在无人处于感应区位置时，控制系统会延时10～20秒，约是自动扶梯从一端至另一端的时间，而后让自动扶梯停止运行，进而满足节电要求，其中感应装置主要包括光电与压力等。自动运行方式操作简单且拥有十分显著的节约能源成效，造价低廉且不会对原有控制电路造成较大改动。该方式的缺点在于会导致自动扶梯发生频繁的启动及制动，不断冲击供电电网跟电动机，相较于正常运行电能，启动时所消耗的电能很大，同时，频繁制动及启动会使自动扶梯制动器等机械部件遭受较大磨损情况。自动运行节能方式在乘客间隔时间较长的自动扶梯设施中相对适用。

2.3 变频驱动节能方式

结合公式功率等于力乘以速度可知，针对运行速度进行调整可使所需功率发生变化。变频驱动节能方式主要应用变频调速装置实现运行速度调整，若有乘客可设定速度运行，若无乘客则保持低速运行或者是让用户设定关闭，这主要是因为自动扶梯空载时间多超过载客时间，进而可满足相应的节能需求。具体操作方式为，乘客搭乘自动扶梯，在入口位置处设置的感应装置能够自动感知乘客到来，并向控制系统传输信号，使得系统控制变频器促使自动扶梯启动，满足设定速度后运行；若无乘客搭乘自动扶梯，感应装置则不会检测到乘客，在经过一段时间空载运行之后，自动扶梯控制系统控制变频器实现降速运行，约为额定速度的20%；一旦感应系统感知到乘客，自动扶梯又会加速至设定速度实现运行，周而复始，在降低电能损耗的同时减少机械磨损，有效延长自动扶梯实际使用寿命。

变频器启动及调速较为平稳，可实现零速制动，所产生噪声较小。根据具体客流量，变频驱动节能方式可分时段完成速度设定，其主要包括两方面内容：第一，旁路变频驱动，自动扶梯设施处于额定速度实现运行的时候，采用50赫兹工频电源供电，此时变频器未投入运行，当扶梯空载一段时间后，控制系统会将供电方式由工频电源供电切换至通过变频器进行控制，让自动扶梯低速运行，满足节能需求。一旦有人乘梯，变频器便让自动扶梯加速至额定速度，到达指定值，扶梯旁路把变频器解除，并向工频电源进行切换完成直接供电。在此需注意的是变频器容量无需太大，超出自动扶梯电动机额定功率的60%即可，相较于全变频驱动模式而言，旁路变频驱动方式成本低且容量大、结构简单，可在机房内部进行安装，其缺陷在于因为需频繁实施接入退出变频器的操作，进而要增加完善的电气控制电路，就对接触器有相对较高的质量要求，建议在此方式下的电动机功率应用控制在11千瓦以下，旨在保证质量可靠；第二，全变频驱动，无论自动扶梯处于何种运行速度，变频器能够一直串联在电源电路中，作用为提供电源给自动扶梯，其无需增设复杂程度较高的电气控制电路，能够实现分时段运行速度设定，客流量较大时是额定速度，客流量较小时是80%的额定速度，没有乘客时是20%的额定速度或者是关闭，实际节能成效较为显著，除此之外，轻载状态下电动机电流逐渐变小，变频器能够自行适应降低输出电压，满足节能需求，此法缺陷在于变频器功率大、成本高且所占体积大，对应的制动电阻应进行散热行为，无法在机房内安装变频器，进而只可将其安装在自动扶梯外部位置。

2.4 节能效果对比分析

使用自动节能方式，仅可通过额定速度运行，若有乘客，自动扶梯能够自动开启；若无乘客，自动扶梯自动关闭；在关闭状态之下，自动扶梯无需消耗电能。可见，其在没有乘客的时候能够获取十分显著的节能成效，若有乘客搭乘的时候则不存在任何节能成效。

使用Δ-Y转换节能方式，处于轻载状态时可节能5%～21%；一旦扶梯承载率超过40%，则不存在节能效果；处于额定速度时，该方式跟变频驱动节能方式的节能成效相同。二者的区别在于，变频驱动节能方式能够结合需求实现运行速度设定，而Δ-Y转换节能方式仅可通过额定速度运行。

伴随着速度的不断增大，自动扶梯所需功率不断增大，使用变频驱动节能方式能够针对速度进行调整，进而实现功率消耗的逐步减少，节能比例约为5%～83%，处于空载状态下即20%的额定速度可获取最佳节能效果。除此之外，基于额定速度，变频驱动节能方式拥有轻载节能功能，若承载率大于40%，则难以获取良好节能成效。

在自动扶梯下行过程中，空载工况所消耗的功率为最大，伴随着负载的不断增大，实际所需功率逐步减小，若电动机功率低于8kW，则在承载20%附近变化为发电状态，若电动机功率高于8kW，其值越大则转换为发电状态实际所需荷载越大。就目前的情况来看，难以充分利用所发电能，需通过电阻实现消耗。

3 注意事项

运用上述集中节能方式，基于额定速度运行，处于重载工况的时候，无节能成效；在不同场合选择不同节能方式，可获取良好的节能成效；无论采用何种节能手段，一旦乘客踏上扶梯，自动扶梯必须达到设定速度运行，若乘客处于梯级位置，自动扶梯不得任意加速或者减速，避免乘客出现惯性摔倒情况及催发事故，改造维修保养自动扶梯必须选择具备合格资质的相同单位。

4 结语

综上可知，通过合理应用节能技术控制自动扶梯，能够起到良好的节能成效，降低机械磨损度，延长机械使用寿命。伴随着节能技术的优化推广，自动扶梯节能技术将会催生可观的社会效益和经济效益。

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作者简介：聂浩龙（1979-），男，湖南长沙人，华升富士达电梯有限公司长沙分公司助理工程师，研究方向：电梯及自动扶梯。

（责任编辑：秦逊玉）