自动扶梯节能改造设计

张德全

（河北康达有限公司，河北保定　071000）

自动扶梯节能改造设计

张德全

（河北康达有限公司，河北保定071000）

自动扶梯是由一台特种结构型式的链式输送机和两台特殊结构型式的胶带输送机所组合而成的，用以在建筑物的不同层高间运载人员上下的一种连续输送机械。自动扶梯节能改造系统设计采用变频器的控制组合，构成的调速系统对传统扶梯进行改造后，红外传感器、PLC可编程序控制器与西门使扶梯具备平稳启动、节能运行和检修运行功能。扶梯启动时，避免产生很大的启动电流；无人乘梯时，扶梯由额定运行速度转为低速运行，即节约了能源，减小了机械损，也为乘客明确了扶梯运行方向；扶梯检修时，检修运行功能保证了扶梯检修精度。

扶梯系统PLC变频器

1　自动扶梯节能改造设计方案

该节能方案有以下优点：

（1）无人乘梯时：保证扶梯自动平稳过渡到节能运行，以l/5额定速度运行。（可以选择当无人乘梯时，扶梯自动停止的功能）；（2）有人乘梯时：保证扶梯自动以节能速度平稳过渡到额定速度运行，实际测量时得到了验证：（3）扶梯空载时以节能模式运行，电流仅为空载时额定速度运行电流的1/3。

（4）检修运行时：扶梯系统以1/2额定速度运行，便于检修和观察扶梯机构的运行情况，避免了原系统以额定速度运行、点动操作停止不及时的不足。（5）由于无人乘梯时节能运行时速度很低，机械部分的磨损大大降低，相对延长了扶梯的使用寿命。（6）变频技术的采用，大大降低了扶梯启动时对电网的冲击，采用变频器可有效改善电网的功率因数，降低无功损耗。（7）改造中充分考虑了变频系统与原系统的并存，便于系统故障时相互切换，不影响用户的使用。（8）改造中借用了原系统的安全条件，加上变频器自身的安全环节使得改造后的系统更安全、更可靠。（9）扶梯节能改造的设备费用与电能节约和机械磨损的费用相比，投入不大，短期内即可收回投资，因此扶梯变频节能安全改造技术的研制和使用成功，能提高现有扶梯安全节能。

2　节能分析

目前常规的自动扶梯空载时仍是额定速度运行，具有耗能大，机械磨损大，使用寿命低等缺点。例如吉林国贸购物中心有16部扶梯，每部扶梯电功率8kW，每部扶梯日耗电70KWh左右，每部扶梯每天无人空载时间累计约5小时。如果扶梯在无人空载时停运或缓行，将大大减少用电量。如果将扶梯运行方式由每天连续恒速运行改为有人乘梯时正常恒速运行，无人乘梯时慢速行驶或停止，就能实现节电的目的。参考了大量资料，觉得这种方式完全可以实现。

经过研究试验，在扶梯电气控制线路加装变频器。采用变频调速方式控制自动扶梯运行，使扶梯具备平稳启动、节能运行。无人乘梯时，扶梯由额定运行速度转为低速运行，既节约了能源，又减小了机械磨损。当乘客走近时，扶梯启动以正常速度运行；乘客离开后，扶梯减速变为慢速运行或停止，等待下一位乘客。如果乘客连续不断，扶梯便连续以正常速度运行，直到最后一位乘客离开扶梯。

现在生产的自动扶梯绝大部分没有调速功能，而且扶梯都是由三相异步电动机经变速箱带动机械部件运转。根据电机学理论，交流电动机的转速公式为：

式中：f为定子的电源|稳压器频率；p为极对数；n为转速；s为转差率。

（1）改变电动机极对数p可以改变电机转速，这是交流双速电动机采用的调速方法。（2）通过调整定子绕组电压大小来改变转差率s达到调速目的，这是交流调速电动机采用的调速方法。（3）改变定子电源频率f 也可达到调速目的，但f 最大不能超过电动机额定频率，电梯作为恒转距负载，调速时为保持最大转距不变，根据转距公式：

式中：Cm为电机常数；I为转子电流；φ为电机气隙磁通；cosφ为转子功率因数，必须保持φ恒定。又根据电压公式：

式中：U为定子电压；f为定子电压频率；W为定子绕组匝数；k为电机常数，必须保持U/f为常数，又根据电机拖动原理，转速之比等于频率之比，等于电压之比， 等于功率之比。

即

即变频器必须兼备变压、变频两种功能，这就是变频电梯的基本控制原理。

经济效益分析：

将已有的恒速扶梯改成变频调速扶梯，考虑到电机不加改动，对于原有的电机，经过验证，最有效的节能办法就是加装变频器。通过变频器来改变电源频率实现调速的目的。

例如：自动扶梯电机为2对极单速电机，根据公式（4.1），当转差率变化不大时，n基本上正比于f。扶梯恒速时f=50Hz，电机转速：

n=60×50/2=1500，即每分钟1500转。

扶梯慢行时f=20Hz，电机转速：

n=60×20/2=600，即每分钟600转。

当电机的额定电压为380V，频率为50Hz时，经过变频器改变频率后，频率为原频率的40%，即20Hz时，送到电机的电压则变成：

U1=（380V×20Hz）/50Hz=152V

根据公式（3.4）得出P1=0.4P0

因而电机所耗费的电功率也为原功率的40%。

根据上面的推算，一台8kW的电动机，每天运行11小时，每度电费为1元，那么它每天的电费为：

1×11×8×0.8=70.4元。

安装变频器后，如果每天慢速运行的时间为全天的50%的话，那么每天慢行所耗费的电费为：

1×5.5×8×0.4×0.8=14.08 元。

安装变频器后每天耗电为：70.4/2+14.08=49.28元。

安装变频器后每天节电为：70.4- 49.28=21.12元。

通过电能表计量实际节电平均每天20kWh左右。

可见，自动扶梯节能改造的设备费用与电能节约和机械磨损的费用相比，投入不大，投资回报率可观。

3　结语

自动扶梯在酒店、地铁、火车站、写字楼等场所应用较多，但因其使用场合的特殊，部分扶梯常处于空转，当今社会能源匮乏，自动扶梯空载状态运转是一种巨大的浪费，并且会使扶梯部件（如电机、减速箱、扶手带等）产生不必要的磨损及疲劳损伤。因此，自动扶梯进行节能改造，硬件方面系统采用热释电红外传感器、可编程序控制器（PLC）与变频器的控制组合，具有功能强、改造工作量小等优点。这样就很好的完善了硬件方面的需求。

系统具有可移植性高、结构简单、使用方便、功耗低、可靠性强等特点，节省电能达30%～50%左右，具有广阔的应用前景。