基于自动扶梯节能控制技术的研究

陈永金

摘 要：自动扶梯在各大型公众场所中被广泛应用，为人们的生活提供了便利。但由于扶梯工作能耗较大，因此，必须采取节能控制技术对自动扶梯进行节能控制。通过介绍自动扶梯的市场现状，对常见的三种自动扶梯节能控制技术进行了详细的分析，并对其节能效果进行对比分析。

关键词：自动扶梯；节能方式；节能效果；控制技术

中图分类号：TP273 文献标识码：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.12.154

随着我国社会经济的蓬勃发展，自动扶梯作为一种便利的公共设备，在地铁站、车站、酒店、机场等公共场所中的应用越来越多。但是由于自动扶梯的耗能大、负载重，其运行时间长，且轻载或空载的运行状态较常见，造成了严重的能量浪费。研究自动扶梯的节能控制技术，在自动扶梯中应用合理的节能控制技术，减少能量消耗具有十分重要的意义。对此，笔者进行了相关研究。

1 自动扶梯的市场现状分析

当前，自动扶梯在大型超市、车站、地铁站、酒店、机场等公共场所中得到了广泛的应用，以其便捷快速、承载能力强等优点使得人们的日常生活更加方便。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时，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，笔者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，延长扶梯的使用寿命。

2 自动扶梯三种节能控制技术

2.1 ??Y转换模式

??Y转换模式是自动扶梯常见的节能控制技术之一，采用经典的星形与三角形接法转换启动。相比于Y??Z转换的启动方式，??Y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。当自动扶梯的负载较低或承载率在40%以下时，以星形接法模式运行；在负载较大的情况下，通过三角形接法运行。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??Y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. 相对于三角形接法而言，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。??Y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时可起到良好的节能成效。该法所发挥作用的时间，是轻载时间多于重载时间，并在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

自动运行节能方式是指在无人乘梯时停止自动扶梯的运行；有人乘梯时启动扶梯，从而达到省电的目的。自动运行节能方式在无人处于感应区位置时，控制系统会延时10～20 s，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。不同于通常情况下，在启动自动扶梯之后，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。由于是采用了完全停电的方法，所以在节约能源方面是非常可观的，一般能节约50%的电能。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。相比于正常运行电能，启动时所消耗的电能很大，同时，频繁制动、启动会使自动扶梯制动器等机械部件遭受较大的磨损。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

变频驱动节能方式也是常见的自动扶梯节能方式之一，是指让自动扶梯自动检测到电梯空载一段时间后，指令扶梯从全速运转减速到半速运转或更低。当有乘客时，通过光感仪器感应到乘客，从而全速运转。这主要是因为自动扶梯空载时间多，超过了载客时间，进而可满足相应的节能需求。具体操作方式为：乘搭乘自动扶梯，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。

3 节能效果对比分析

通过对比三种节能控制技术的工作原理及节能效果可知，当使用自动节能方式，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，该方式与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。

伴随着速度的不断加快，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8 kW，则在承载20%附近变化为发电状态；若电动机功率高于8 kW，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。

4 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时，必须选择具备合格资质的相同单位。

5 结束语

综上所述，自动扶梯应用广泛，但是能耗大、负载重，且由于大多数扶梯在空载时仍采用额定的速率运行，造成了严重的能量浪费及机械磨损。因此，必须要结合自动扶梯所在场所的实际情况，根据不同时间客流量的差异，选择合理的节能控制技术进行最大限度的节能设计，从而提高能量的利用效率，降低机械磨损度，保证自动扶梯的使用寿命。

参考文献

[1]姚念征，吴梦初，钱平，等.基于实时客流量的自动扶梯节能控制仿真研究[J].计算机仿真，2015（02）.

[2]钱洪，姜培基.自动扶梯的能耗分析及节能控制研究[J].中国特种设备安全，2014（05）.

〔编辑：胡雪飞〕