变频器扶梯改造方案

一、自动扶梯概述
随着国内生活水平以及工业化程度的提高，自动扶梯的应用已经越来越广泛。自动扶梯又称扶手扶梯，是商场、车站、码头、机场、宾馆等公共场合常用工具。由于技术、资金等原因，现有扶梯很多采取星三角启动方式，启动完成后，扶梯一直处于全速运行状态，某些场合扶梯每天高速运转12小时以上。这些扶梯存在以下问题：
（1）由于扶梯经常处于高速运行状态，其曳引电机耗电量严重，运营成本高，电能浪费严重；
（2）扶梯长期高速运转时，辅助机械磨损非常严重,需要大量的易损件进行更换,维护成本较高；
（3）星三角启动方式，电机启动电流大，对电网冲击很大，且加速了电机线圈的老化，减少了电机运行寿命。
自动扶梯的变频节能运行与传统电气控制系统相比，不仅节能明显，而且大大减少扶梯配件的磨损，延长使用寿命。因此对扶梯进行变频节能改造，具有显著的经济效益。
二、节能运行原理
在无人的情况下，自动扶梯全速运转浪费大量的能源，因此，我们设想，如果能让自动扶梯自动检测到空载状态一段时间后，指令扶梯由全速运转减速至半速运转或者停止运行，即可节约大量电能。
因此，可让自动扶梯根据检测人体的红外传感器产生的信号，自动识别是否有人经过，当自动检测到空载状态一段时间后，让扶梯由全速运转减速至低速运转或停机。通过此种方式，可以将此段时间的电能消耗减少30%～50%。当有乘客踏上自动扶梯床盖板时，扶梯可通过设置在床盖板入口处的光电感应装置自动感知乘客的到来，在乘客踏上自动扶梯前，通过变频器达到全速运行，而不影响乘客的使用。

 

三、改造原理
自动扶梯（人行道）控制柜对电机的控制方式分变频节能控制和Y-△控制。其中变频节能控制又分“变频非自启动节能”和“变频自启动节能” 两种方式；而当变频驱动回路或光电检测回路发生故障的时候，还可通过“备用运行功能”选择开关让设备切换到Y-△常规控制方式。
1、变频非自启动节能（快-慢-快）
（1）功能描述
通过增加变频器来控制扶梯运行的速度，当梯上有乘客时，扶梯以高速运行（例如额定速度），提高客流量；当光电检测探头在一段时间内没有检测到乘客通过时，扶梯开始减速转为低速运行（例如0.1m/s，参数可调），此时一直处于待机运行中。
运行状态描述：变频控制，无人时低速，有人时高速，时序如下：
高速运行时间记为TQ，可设置，具体时间根据梯的提升高度和速度而定。
运行步骤示意如下：
①     当扶梯上电停止等待，有运行命令时，此时扶梯以低速开始运行进入待机等待。
②     下机房乘客检测装置检测是否有人通过，当有人通过时，控制器内部的高速运行时间计数器（记为TC）清零，此时扶梯开始缓慢加速至高速运行。
③     高速运行时间计数器（记为TC）开始计数，当TC<TQ时，若此时又有人进入，TC又清零重新开始计数。
④     当有一段时间没人乘梯即TC ≥ TQ时，扶梯开始减速进入低速运行待机状态等待，即进入②的状态，如此循环往复运行。
（2）功能实现：围裙开孔
通过安装在围裙板上的光电检测装置检测是否有人乘梯，安装位置示意图如下。

2、变频自启动节能（快-停-快）
（1）功能描述
通过变频器来控制扶梯运行的速度，当梯上有乘客时，扶梯以高速运行（例如额定速度），提高客流量；当乘客检测探头在一段时间内没有检测到乘客通过时，扶梯开始进入停止运行状态。
            运行状态：变频控制，长时间无人乘梯时停止，有人乘梯时高速运行。
高速运行时间记为TQ，可设置，具体时间数值根据梯的提升高度和速度而定。运行步骤如下：
①     扶梯上电：此时扶梯处于停止状态，等待运行中。
②     下机房光电检测装置检测是否有人通过，当有人通过时，控制器内部的高速运行时间计数器（记为TC）清零，此时扶梯开始缓慢加速至高速运行。
③     高速运行时间计数器（记为TC）开始计时，当TC<TQ时，若此时又有人进入，TC又清零重新开始计时。
④     当有一段时间没人乘梯即TC≥TQ时，扶梯开始减速至停机进入等待中。若此时有人进入，TC清零重新开始计时，扶梯加速至高速运行状态，又进入状态②中。
（2）自启动功能实现：
围裙开孔（同上）

以上两种变频自启动和非自启动方式的选择可以通过设置控制器的参数来实现，不是通过外部的开关选择，必须是专业人员（比如维保人员等）来设置。

3、Y—△控制的备用运行功能
当变频驱动回路或光电检测回路发生故障的时候，还可通过“备用运行功能”选择开关让设备切回原来的控制方式（即Y-△常规控制方式）。
在备用运行工作模式下，扶梯接收到安装于扶梯入口处的钥匙开关启动信号以后，以电机Y型接法启动，经3-5秒后（可通过系统参数设置）电机以△型接法运行并一直保持到人工手动停梯时为止。系统运行过程中不再处理光电信号。
该功能可避免变频回路或光电检测回路发生故障时造成的设备停用。
 
 四、扶梯变频改造方案
基于原有扶梯控制系统，保留原控制柜，增加通用矢量变频改造柜、乘客检测装置以实现扶梯客户所需功能。
   改造特点：
保留原有控制柜及原控制柜内的控制器及低压开关等外围电器，增加变频控制回路，达到变频节能控制功能。
   主回路和控制回路改造

 

  改造说明：
（1）主回路增加工、变频两主回路切换刀开关；
（2）主要增加两接触器KM1（变频回路）和KM2（工频回路）。

五、改造后节能计算
以电机功率为7.5kW/h扶梯为例，假设每天运行12个小时。根据现场估测，每次扶梯运行时仅载乘客2-5人，此工况近似于扶梯空载运行。实际测量得到扶梯空载状态下，以0.5m/s全速运行时能耗约为2.2KW
改造前：
扶梯全部以0.5m/s空载运行，12小时实际耗电：
2.2×12＝26.4KW·h
改造后：
1）. 采用快－慢-快循环运行方式
    即当乘客检测装置检测到最后一位乘客进入扶梯后60秒，扶梯转为0.1m/s慢车并保持慢车运行，直到乘客检测装置检测到下一位乘客准备进入，扶梯自动平稳加速到0.5m/s的快车速度。
扶梯以0.1m/s慢车运行时能耗约为0.67kW
假设每天有400名乘客，平均每次二人同行，则每天最多需快－慢切换200次。
快车运转时间＝200×1/60＝3.3 h
慢车运转时间＝12－3.3＝8.7 h
则每天（12小时）运转能耗为：
2.2×3.3＋0.67×8.7=13.1kW·h
(26.4－17.7)÷26.4=50%
    即实际节能达 50%
按此推算，若快车运转时间为5小时，节能可达39%
2）.采用快－停－快循环运行方式
即当乘客检测装置检测到最后一位乘客进入扶梯后60秒，扶梯停止运行，直到乘客检测装置检测到下一位乘客准备进入，扶梯自动平稳加速到0.5m/s的快车速度。
假设每天有400名乘客，平均每次二人同行，则每天最多需启停200次。
运转时间＝200×1/60＝3.3h
则实际运转率约为30％
每天（12小时）运转能耗为：
2.2×3.3=7.3KW·h
    (26.4-7.3)÷26.4=70%
即实际节能达 70％
按此推算，若实际运转率为6小时，节能可达50%
 
六、扶梯改造后优点
根据对某超级市场的多部国内外品牌的多部自动扶梯的变频节能改造后的可靠性考验结果，验证了该技术具有功能强、改造工作量小等优点。
（1） 无人乘梯时：保证扶梯自动平稳过渡到节能运行，以1/5额定速度运行 (或选择当无人乘梯时，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；
（3） 扶梯空载时以节能速度模式运行，电流仅为空载时额定速度运行电流的1/3；
（4） 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。
（5） 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。
（6） 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。
（7） 改造中保留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。
（8） 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，具有显著的经济效益和社会效益。
七、结束语
自动扶梯属于负载率很低的设备，轻载或空载的时间占绝大多数，而满载运行的时间相对来说是很少的，在自动扶梯上采取适当的措施进行节能，其效果是非常显著的。实际使用的节能效果，完全依据现场使用工况来决定。空载工况下最好让自动扶梯停止运行，这样完全没有能耗和磨损；可是在有些情况下由于要保证安全和方便，不允许停止运行，此时可让扶梯慢速运行。自动扶梯节能运行的改造，不单单需实现“节能”的目的，更应注重符合《规范》中相关的安全要求。综合自动扶梯节能运行几种方案的分析，将扶梯一体化控制柜应用于扶梯梯控制，无论从改造的便捷性、经济性还是安全性等角度衡量，都是扶梯节能改造的最佳选择。
完。