馬 英佛山市軌道交通發(fā)展有限公司，廣東佛山 528000

自動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)濟的發(fā)展，機械化水平和自動化水平的提升，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。本文分析了自動扶梯工作中高能耗的影響因素，針對性地提出了對于自動扶梯的節(jié)能控制策略。

自動扶梯；能耗；節(jié)能控制

1 自動扶梯的節(jié)能需求

在大型超市、百貨商場、會展中心、火車站、地鐵等公共場所，隨處可見自動扶梯的應用，自動扶梯已經(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。自動扶梯雖然給人們帶來了極大的方便，但它在運行時耗電量特別大。研究調(diào)查表明，目前，我國自動扶梯的用量已經(jīng)超過了6萬臺，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臺扶梯的功率為5.5kW、每天運行12h計算，每年每臺扶梯將耗電24 090kW·h。全國每年僅扶梯一項就會消耗電能約1.3×109kW·h，且每臺扶梯分別會有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的電能浪費在扶梯上［1］。

2 自動扶梯的能效測量

2.1 測量目標的選擇

在公共交通場所，對于自動扶梯提出了兩點要求，這是自動扶梯必須符合的。一是公共自動扶梯必須是用公共交通的公共場合；二是公共自動扶梯必須運行穩(wěn)定，每天工作時間不少于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扶梯進行研究，并選擇普遍使用的自動扶梯規(guī)格：提升高度5m（±0.5m），額定速度是0.5m/s。

2.2 測量工具

3169-20鉗形功率計是一種測量電壓、電流、有功功率、功率因數(shù)和諧波畸變率的有效工具，它不僅測量精確，而且經(jīng)濟實惠。唯一不足的是，它操作比較復雜，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 測試點的確定

本文選取了3個測試點進行實驗測量，見圖1。分別是：

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

2）測量點2：自動扶梯驅(qū)動回路的能耗。

3）測量點3：其他用電設(shè)備的總能耗。

2.4 自動扶梯工作狀態(tài)

測量功耗時，選擇了幾種扶梯的工作狀態(tài)。

2.4.1 空載時升降有功功率檢測

自動扶梯的工作效率是我們最關(guān)心的一個指標，扶梯的空載功耗大就會嚴重影響其工作效率，我們通過測量扶梯空載時的功耗，進而得知其性能。

2.4.2 載客時有功功率檢測

載客的多少會影響自動扶梯的運行功耗，根據(jù)不同載客人數(shù)，我們測量相應的功耗，進而得知載客數(shù)和功耗的關(guān)系。

3 自動扶梯能耗的影響因素分析

3.1 減速器和傳動裝置因素

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

3.2 維保質(zhì)量的影響

我們選擇兩臺同一廠家的型號規(guī)格一樣的自動扶梯作為樣本，分別對其空載時的功耗進行測量，唯一不同的是，運行時間相同而維修保養(yǎng)的程度不一樣，1號扶

梯的維保質(zhì)量較高。1號自動扶梯的空載功耗為1.45kW；2號扶梯的功耗為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，運行功耗越低。為了進一步佐證這一結(jié)論，我們選取相同型號的自動扶梯，測量它空載時的功耗。3號扶梯的空載功耗是2.5kW；4號扶梯的運行功耗為3.5kW，根據(jù)我們之前的結(jié)論推理，這一測量說明了4號扶梯的維修保養(yǎng)工作比3號質(zhì)量差。經(jīng)過與設(shè)備管理人員確認，果然4號扶梯近期還沒有進行保養(yǎng)，而3號已經(jīng)保養(yǎng)過。所以我們的結(jié)論是正確的，自動扶梯的日常保養(yǎng)和定期維修是非常重要的，是保證自動扶梯正常穩(wěn)定工作和人員安全的前提。

3.3 待機功率的影響

自動扶梯有兩種降低功耗的設(shè)計，一種是自動停止運行，也就是扶梯無乘客使用時，驅(qū)動回路斷開，不需要耗電，只需點亮指示燈提醒乘客，當乘客按照指示進入扶梯，扶梯啟動進入正常運行模式；另一種是當扶梯上沒有載客時，扶梯將進入半休眠狀態(tài)，低速運行，功耗也就隨即降低，當有人進入扶梯時，扶梯就會恢復常規(guī)運行。在沒有載客的情況下，自動停止運行模式驅(qū)動回路不耗電，較自動低速運行的模式節(jié)省電能。設(shè)計合理的空載速度，待機狀態(tài)會大大降低功耗，提高工作效率。

3.4 自動扶梯的節(jié)能控制

自動扶梯是為了搭載乘客的，沒有乘客的時候，扶梯最理想的狀態(tài)是不運行。針對扶梯運行模式這一課題，我們制定了多種方案，以使自動扶梯真正實現(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)動回路的供電或通過變頻器使電梯處于0速運行，較之通過變頻器0速運行，很明顯直接切斷驅(qū)動回路的供電更節(jié)省電能。無人停梯模式在有無變頻器的情況下都可實現(xiàn)，但無變頻器的情況下當乘客進入扶梯時扶梯啟動加速度較大，且自動停梯模式下扶梯處于運行的狀態(tài)僅有指示裝置提示，所以，要結(jié)合扶梯運行安全綜合考慮使用。

3.4.2 無人低速運行模式

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

3.4.3 負載率調(diào)速模式

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

3.4.4 旁路變頻模式

旁路變頻模式即每當扶梯處額定速度運行時，都是工頻電源在供電，頻率為50Hz。當扶梯上沒有乘客時，切換至換變頻器工作，控制扶梯的速度降低，當扶梯有人乘坐時，變頻器工作，使扶梯速度逐漸上升到平穩(wěn)運行速度，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。在扶梯向下運行、載荷達到一定程度時，電機處于發(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，我們做了大量實驗來找出影響自動扶梯耗能高的因素，其中，減速器和傳動裝置、維保質(zhì)量等因素是影響耗能的主要因素。針對這些因素可以提出幾種節(jié)能方案，幾種節(jié)能方案是在不同運行狀態(tài)下的節(jié)能模式，可根據(jù)實際情況組合使用，其中最有效控制能耗的方案是無人時停止運行，有載時按負載率調(diào)速，速度調(diào)至額定速度時采用旁路變頻運行模式，我們利用這一方案可以有效實現(xiàn)能源的節(jié)約。

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

TP2

A

1674-6708（2016）168-0163-01

馬英，佛山市軌道交通發(fā)展有限公司。