全变频和母线技术在自动扶梯节能改造中的应用

沈思庭

摘要：文章通过对普通自动扶梯存在的弊端进行分析，重点引出全变频和母线技术在自动扶梯节能改造中的应用及改造后带来的一些优势，以此来推动自动扶梯行业进一步发展。

关键词：全变频；母线技术；自动扶梯；节能改造

中图分类号：TU857 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2013）23-0072-02

在社会经济发展的现阶段，城市建设飞速发展，电梯已与人们的生活和工作息息相关，尤其是自动扶梯作为连续地承载乘客实现上下固定电力的驱动设备，已在各大车站、超市、码头、商务楼、机场和地铁等地段广泛使用。目前，我国使用的自动扶梯大部分都是直接启动的运营方式，从它的启动、运转一直到关闭，无论有没有乘客都会按照额度的速度来工作，这样导致了自动扶梯的机械磨损非常严重、能耗大、使用的寿命也会降低等。因此，全变频和母线技术在自动扶梯进行节能技术改造中的应用成为未来主要的发展方向

1 自动扶梯概述及缺陷

自动扶梯是以运输带方式运送行人和物品的运输工具，它的核心构造是两根链条，通过围绕两对齿轮循环进行转动。扶梯的顶端是一台电动机驱动传动齿轮，转动时带动链圈，链圈的移动又带动一组台阶，这就是自动扶梯的基本运行原理。对于目前自动扶梯中电动机的控制，其方式很多都是直接起动或降压起动，大多数都没有配备感应或变频调速的控制系统，从扶梯起动运行到关闭停止，无论扶梯上有无乘客，该扶梯一直都处于长时间的匀速运行模式。它的特点是比较容易控制线路，并且控制功能非常单一，其运行方式存在着很多问题还未解决：

1.1 能耗较大

直接启动的方式，日常运行的自动扶梯一般都是一天10小时的模式来运行，无论有无乘客，始终保持在高速状态下运行，并消耗大量的电力，如机场、地铁和大型的购物商场的周期性最为突出。

1.2 机械高度磨损使其寿命变短

由于自动扶梯是以额定速度进行长时间工作，扶梯部件产生了疲劳损伤和不必要的损耗，比如梯极、链条、扶梯带以及电机等部件有着最大磨损。普通的自动扶梯的寿命在十年左右，若是部件磨损太为严重，就一定要更换新部件才可投入使用。

1.3 高频率的故障发生使其成本增加

自动扶梯始终在高速运行的状态工作，产生的机械磨损和部件磨损也比较严重，使得更换部件产生了额外的费用，并因磨损间隙加大使得自动扶梯故障增加，使用维护成本也大大增加；除此之外，由于机械磨损太大，也会缩短部分机械部件的使用寿命，这也提高了它的成本。

2 全变频设计新思路

2.1 主回路方案

变频器的主要目的是为了调整自动扶梯的驱动速度，使其顺利地运行，当没有乘客时，该系统将扩展到处理爬行的操作模式，以降低功耗，实现节能效果。如果乘客通过自动扶梯入口处，光电设备会发出信号使变频器根据信号调整自己的速度，并输入额定转速的状态；如果乘客离开扶梯，变频器将进入低速运行状态信号。

所谓的全变频控制是指系统的运行过程中，都是由变频器来拖动的。这种系统不仅可以旁路变频，还具备分时段运行的好处，可以通过不同用户的要求、不同的时间段、不同数量乘客设定出扶梯不同的运行速度。乘客数量较多，扶梯的运行速度也会升高；相反，乘客数量较少，扶梯的运行速度也随之下降。因而，系统会设定几个不同的速度段，来满足不同的时间段的运行需要，从而使自动扶梯实现真正的节能目的。

图1 主回路设计的接线原理

2.2 关于控制系统的方案设计

电梯控制系统主要由信号接收继电器、PLC控制器、变频器接收机、制动电阻以及光电传感器五个主要部分组成。PLC控制器主要是接收各种信号，比如：向上、向下、大修、上部光电传感器与下部光电传感器的信号经内部程序的编程。当PLC控制器接收到自动扶梯运行的信号组合时，便会有在额定转速或低速运行的信号输出，并设置变频器具有的两个运行速度段，在变频器收到PLC控制器的额定转速信号时，变频器的控制电机会以低速的运转模式，来实现自动扶梯的额定速度运行与低速运行的切换。

图2 全变频控制系统框架

3 全变频与母线技术应用带来的优势

全变频的技术改造后，自动扶梯除了保持原本具有的各安全开关功能外，不会影响其安全性能，并产生更多的优势：

（1）无人乘坐的电梯，自动扶梯会自动过渡到节能运行的平稳状态，以1/5的额定转速运行，电流无负载的额定电流只有1/3，从而节约了大量的能源；同时，无人乘梯时，也可以设置自动扶梯停止运行，这样可以减少机械部件的磨损，从而使自动扶梯的使用寿命得到延长。

（2）如果有人乘坐，扶梯会自动进入额定转速的速度运行，以节省能源，维持系统的正常运作。

（3）维护运行时，将会进入到1/2的额定的运行速度，有利于检测到的运动的自动扶梯设备的状态，以避免额定速度运行时的危险情况发生。

（4）它的技术已经比较成熟，更加有利于实施和推广。PLC控制器的继电器类型易于编程和修改。由于控制系统使用的逆变器的功能较为齐全以及相对简单的操作，外形装置体积小且安装简单，可以直接安装在平台内的自动扶梯的顶部和底部，以避免带来不便。

（5）采用变频技术，很大程度上降低了自动扶梯在启动过程中对电网产生的冲击，变频器有效改善了电网功率的因数，从而实现了无功损耗的大幅度降低。

母线控制系统包括：直流母线、逆变器、整流回馈单元。其中的电源系统由整流变压器、整流器反馈单元、逆变器以及线路电抗器组构成，技术转化后所产生的自动扶梯优点：

（1）采用集中的整流技术，使自动扶梯装备对比原来的系统而言节能8%～15%。

（2）采用集中整流技术使母线容量变大，单台变频器的母线电压比以前更稳定，从而实现了逆变器抗干扰性能和控制精度的提高，也使其系统谐波方面得到有效控制

（3）公共直流母线采取变频逆变器，使其整流部分被公共整流单元替代，带来结构紧凑模式，提高了设备的可靠性。

（4）公共直流母线技术的应用，将电机反馈的能量转移到母线上，经电机反馈的能量带动其他的电机运行，避免母线电压的一部分因能量过高带来的停机和掉闸现象，从而减少验机、停机检修的时间，利于自动扶梯的正常

运行。

（5）母线系统设备功能比较齐全、稳定。整流消除了很多回馈单元外设使用，如制动单元、制动电阻等。设备结构紧凑模式，也节省了占地空间，降低了设备维护次数，使整体控制的自动扶梯装备水平有了很大的提高。

4 结语

综上所述，全频率及母线技术在自动扶梯的节能改造的应用，使自动扶梯实现多段速运行模式，使其更加人性化，从根本上实现了完美的节能效果，对经济效益有重大的意义。既要保护有限的资源，降低能源消耗，又要积极响应国家节能、减排政策的指引。全变频与母线技术应用于我国自动扶梯节能改造，推动了现代自动扶梯行业更进一步的发展，并且也得到了显著的效果。

参考文献

[1] 何绍明.浅谈全变频和母线技术在扶梯节能改造中的应用[J].科技与企业，2012，（11）.

[2] 张瑜亮.浅谈自动扶梯的节能技术[J].能源及环境，2009，（14）：33-34.

[3] 刘旭明.基于变频器的自动扶梯节能系统设计[J].制造业自动化，2011，33（9）：145.

[4] 朱士祥.地铁站变频自动扶梯节能原理及效果分析

[J].科技资讯，2010，（22）： 37.