变频技术在地铁自动扶梯上的应用

摘要：随着中国城市化进程的加速，大中城市的交通环境日益恶化，地铁作为缓解城市交通问题的重要手段的到了空前的发展。然而，地铁车站内部空间相对封闭，在发生灾害时人员疏散困难。本文讨论了变频技术在地铁自动扶梯运转方式中的应用。

关键词：地铁；自动扶梯；系统

中图分类号：TH236 文献标识码：A 文章编号：1674-7712 （2012） 16-0010-01

随着中国的城市化进程加快，越来越多的农村人口进入城市，中国的大城市和特大城市数量不断增加，相对于城市化进程，城市交通基础设施的建设远远滞后，尤其是在大城市，这一矛盾更加突出，而地下通道作为大容量的快速公共交通系统，必然成为缓解城市交通的主要手段之一。目前中国已经有多座城市建成了地铁，另外，还有数十城市已将修建地铁列入城市发展规划。自动扶梯单位宽度的人员输运能力远大于楼梯，在正常运营条件下，它可以为乘客提供快捷、舒适，的进出站服务，在灾害条件下，可以提供大容量的逃生通道。计算表明将自动扶梯计入逃生通道可以有效缩短车站规模，节约投资。但是应当注意的是，这对电梯的供电及反转上行的时间提出了更高的要求。

一、变频器在扶梯系统控制中的作用

自动扶梯的能量消耗与速度成正比。当扶梯空载以0.6m/s的速度运行时，消耗的能量是其以0.3m/s运行的两倍。在地铁站中，扶梯每天运行20小时，大部份扶梯满载运行时间都不会超过5小时，因此，使用变频器节约能量非常重要。利用变频器调节系统速度有两种方式，即：全变频调速方式和旁路变频调速方式。其优点是，当扶梯空载运行时可以节约能量t启动电流较低；向乘客发出信号说明扶梯处于服务状态；减少运动部件磨损；实现软件启动；获得维修速度；功率因数接近于1t当扶梯下行处于发电状态时将能量直接反馈到电网。其缺点是，由于增加了变频器使整个系统更复杂，需要增加触点垫和光电感应装置。

二、地铁自动扶梯电动机现状及问题

（一）使用现状

目前地铁使用的自动扶梯型号很多。大多为进口自动扶梯及部分早期国产自动扶梯。瑞士迅达SWT型、EWG型、法国CNIM型、苏迅9300型、郑州海神FT型等自动扶梯，采用的电动机多为笼型交流异步电动机。其功率根据自动扶梯提升高度不同从llkW～30kW不等。电动机的散热方式为同轴风扇排热，其中电动机外壳包括两种散热情况。一种安装形式为电动机与减速机立式联接自下而上的排风散热。此种电动机机壳无散热片，另一种电动机机壳有散热片。

（二）存在问题

由于地铁作为服务行业的特殊性，自动扶梯要每天与列车保持同步运行，也就是每天自动扶梯要连续不间断运行20h。地铁车站分布在市区不同地点，在不同时间段各站口进出人数悬殊较大，在无人乘梯时，自动扶梯总是处于低速运行（设置为频率25Hz），电动机的转速在额定转速以下连续运行，电动机速度也相对减半。特别是在客运低峰时间，有些站厅、站口自动扶梯长时间低速运行，造成电动机温度升高。加之设备机舱狭小夏季温升尤为明显，以至于出现电动机过热停止运转。以进口迅达电动机为例，其与减速机联接后为立式安装，排风方式为下进风、上排风，经同轴风扇快速转动散热。当电动机在变频低速时，风扇的旋转速度与气体的运动速度有关。电动机能否正常运行的主要标志是电动机发热是否严重。因此，必须充分注意电动机的发热和散热的规律和状况。由于电动机通过变频器控制输出。其三相输出电压波形是SPWM波（三相正弦脉宽调制波）。因此不可避免地在异步电动机的定子电流中含有高次谐波，高次谐波增加了电动机的损耗，使电动机的效率和功率因数都变差，高次谐波损耗基本与负载大小无关，所以电动机温升将会比变频调速改造前有所提高。

三、对变频情况下电动机温升的应对策略

实际应用证明，由SPWM变频器驱动异步电动机时，电动机的电流比工频供电时大5%左右，这并不是电动机温升的主因。主要是电动机长时间低速运行冷却风扇能力下降，使排风量减少，电动机温升增高。—般的措施是采取限制负荷或减少运行时间的办法。例如水泵等设备。然而，地铁自动扶梯却做不到这一点。要改善地铁自动扶梯电动机的温升问题，建议从以下两个方面人手。

（一）采用设置恒速冷却风机的措施

由于电动机温升与冷却风量之间成反比，所以，在额定速度下连续长时间运行时采取外部冷却方法以改善低速运行条件下电动机的散热能力。以地铁在用自动扶梯瑞士迅达电动机为例，可采取以PLC（编程器）电脑板控制冷却风机的开启。当电动机在低速25Hz旋转时，PLC控制冷却风机启动，进行外部助排风。在50Hz运行时，PLC控制冷却风机停止，靠电动机同轴风扇自身冷却。这样既达到电动机散热效果，同时又兼顾节能的要求。

（二）提高冷却风机排风散热的效率

排风机可选用轴流风机安装排风管。具体方法对于立式使用的电动机，将风管加在电动机的进风口处，并调整确定其进风的角度，以减少进风量的损失。轴流风机的选择可根据不同规格功率的电动机的大小选取。在地铁实际应用中，在用自动扶梯苏迅9300型自动扶梯出现电动机长时间低速运转时的严重发热，导致电动机PTC热敏电阻变化电动机停车问题。经过现场测试、调研结果分析，电动机温度最高达到118℃。该电动机功率为11kW，带有提升高度6.8lm的自动扶梯。根据实际环境状况采用0.4kW 电动机的轴流风机，采取外部助排风方式。依据控制冷却电动机方框原理，冷却风机由原自动扶梯控制系统控制，与自动扶梯运行状态保持一致。经过一年的运行考核电动机温度由原来平均温度112℃降至60.3℃，使电动机温升过高造成停梯问题得以解决。

四、结束语

由于地铁自动扶梯不间断运行的限制，还需要有更多的时间和做大量的试验加以求证，所以本文一定有很多不足之处。比如不同型号自动扶梯电动机与减速机卧式安装散热问题；不同功率电动机应选用多大轴流风机，电动机变频低速时冬季、夏季温升的差别是多少等等，还需要大量的运行经验的积累分析得出方案。虽如此，本文力求在理论和思维上是正确的、可信的。随着我国地铁新技术的不断应用，对设备的消化、吸收、完善进程将逐渐加快。相信我国地铁自动扶梯设备运行质量也将日趋完善和提高，为运营服务提供强有力的技术保障。

参考文献：

[1]朱昌明著.电梯与自动扶梯[M].上海交通大学出版社，2010.

[2]张汉杰编著.现代电梯控制技术[M].哈尔滨工业大学出版社，2009.