自动扶梯的能耗分析及节能控制探究

摘要：自动扶梯给人们出行带来了极大的方便，其经常出现在公共场所中。文章对自动扶梯实际运行中的能耗进行了分析，并根据自动扶梯节能使用的基本要求提出了相应的节能控制措施与关键技术，以期为构建节能型社会贡献一己之力。

关键词：自动扶梯；能耗分析；节能控制；节能需求；能效测量 文献标识码：A

中图分类号：TU857 文章编号：1009-2374（2016）13-0084-03 DOI：10.13535/ki.11-4406/n.2016.13.040

自动扶梯给人们出行带来了极大的方便，其经常出现在公共场所中，譬如机场、地铁站、商场等。与此同时，自动扶梯虽然为人们带来了便利，但是也带来了电能的巨大浪费，故需要对自动扶梯的能耗进行分析，从实际出发，解决其耗电量大的问题。笔者在文中对自动扶梯的三种节能方式，即Y??转换节能方式、自动运行节能方式、变频驱动节能方式分别进行了探究，以寻求效果较好的节能关键技术。

1 自动扶梯的市场现状与节能需求

当前自动扶梯应用广泛，在超市、机场、地铁站等都能够看见它的身影，其具有输送量较大、便利快捷等优势，给予乘客方便，但是也具有一定的缺陷，即无论客流量大小甚至空转，都会以额定速度运行。显然这样的情况在自动扶梯客流量较小或者没有时将会耗费大量的电能，同时使机器磨损程度严重，大大地降低自动扶梯的使用寿命。据相关部门统计，目前我国已有近7万台自动扶梯投入使用，其数量每年以11%左右的速度增加。其中95%以上的设备为非节能自动扶梯，可想而知其耗费的电能是巨大的。保守估计，全国每年有近2×108～5×108kW・h的电能浪费在自动扶梯上。

因此，我们需要根据实际使用情况，在不同的工况下采用不同的节能控制技术以达到节能的目的，如PLC与变频器相结合的节能控制系统等。通过采用不同的节能控制系统，能够有效地节约电能，提高自动扶梯的使用寿命，满足国家的环保要求。

2 自动扶梯能效测量

要对自动扶梯的能耗分析及节能控制探究，对其能效测量是必不可少的环节。测量步骤可分为四步：（1）选取测量对象及其能耗限定值；（2）测量仪器的选择；（3）运行功率测量点的选取；（4）测量工况。笔者下面对其分别介绍：

2.1 选取测量对象及其能耗限定值

由于目前国内还没有制定出统一的自动扶梯能效标准，并且国际上也还没有相关文件标准可供参考，故测量结果可参考某署的《自动扶梯能效限定值标准》。该标准明确了公共服务自动扶梯需要同时满足两个条件：（1）作为公共交通的一部分，包含出入口处；（2）每周运行140小时左右（20小时/天），且设备在任何3小时间隔内，能以100%制动载荷连续运行不小于1小时。

在不同的梯级宽度、提升高度和速度条件下，通过测量输入功率可以发现，其与自动扶梯的效率成反比。考虑到结果的一致性，笔者选取自动扶梯的提升高度为5m（±0.5m），梯级宽度为1000mm，额定速度为0.5m/s。

2.2 测量仪器的选择

测量仪器有两种可供选择：一种是3169-20钳形功率计；另一种是PW3198电能质量分析仪。通过测试可以发现，这两款仪器都可以测量电流、电压、有功功率、功率因数和THD（谐波畸变率），并且精度均可达到要求。3169-20钳形功率计虽然价格低廉，但是处理数据步骤繁琐；相反，PW3198电能质量分析仪数据处理功能强大，易操作，但是价格昂贵。根据笔者单位的实际情况，此次测量选择了3169-20钳形功率计。

2.3 运行功率测量点的选取

如图1所示，通常在实际测量中需选取三个测量点，各个测量点的结果是不同的。其中测量点1的结果是驱动电机、控制系统和辅助设备的总和；测量点2的结果是控制系统主要电路的能耗；测量点3的结果是辅助设备的能耗。笔者在此次研究中选取测量点1的结果，其余两个结果作为参考。

2.4 测量工况

（1）空载上下运行有功功率检测：自动扶梯的有功功率是重要的参数之一，该参数可反映机械效率的情况；（2）实际运行有功功率检测：笔者使用客流计数器实时测量数据，结合输入有功功率，能够推测出在不同载荷工况下消耗的电能值。

对测得的数据进行处理的目的是建立功率与载荷的函数关系以及在空载状态下功率与速度的关系。在固定工况下自动扶梯的功率变化较小，比较稳定，可以从测得的数据中选取部分有效数据取平均值作为该工况下自动扶梯的功率。空载条件下，自动扶梯的速度是预设好的，可以直接获得。在其他载荷条件下的功率，通过拟合的方法能够得到相应的功率。

3 自动扶梯能耗的影响因素

3.1 减速器及传动装置的影响

减速器及传动装置对自动扶梯的能耗影响是相对较大的，其设计和布局的不同影响也不尽相同。鉴于测试结果的准确性，笔者在此次研究中选取在同一工况和载客量条件下的两台自动扶梯进行分析。其中某工程中的自动扶梯的能耗是1.8kW，某制造商生产的自动扶梯的能耗可达到4.8kW，这两台自动扶梯能耗的差异性是减速器及传动装置导致的。由此可见，减速器及传动装置的影响是不能忽略的，必须加以重视。

3.2 维保质量的影响

任何机械设备都需要定期维护检修，自动扶梯也不例外。按时检修、定期维护和保养是其日常维护、检修工作中不可或缺的环节。该项工作不仅能够减低电能的消耗，而且能够提升设备的使用寿命。譬如某厂商生产的型号和参数都相同的两台自动扶梯，其中一台自动扶梯经定期检修、维护，在空载时运行功率为1.8kW，而另一台自动扶梯未进行定期维护、检修，在空载时功率却高达2.2kW，高出前者22.2%；再如，某工程有两台型号和参数完全一致的自动扶梯，一台经长期维修、养护后，上行空载运行功率为2.3kW，另一台未能保持定期检修的设备功率为2.8kW，高出前者21.7%。由此可见，自动扶梯运行一段时间后需要定期维护、保养与检修，这样能够有效降低其运行能耗。

3.3 待机功率的影响

待机状态是指自动扶梯在不提供任何服务的情况下的状态，通常分为两种情况：（1）待机。自动扶梯依靠感应器检测到乘客从入口进入时，立即按照原来的运行方向再次重启。当检测一段时间内无乘客搭乘时，自动进入低速状态运行。再一段时间后仍未检测到乘客搭乘时，自动扶梯会进入停止运行的待机状态。虽然这时设备进入了待机状态，但当有乘客进入时，为了快速响应，其传感器和驱动器并没有关闭，仍处于开启状态；（2）钥匙关闭。在此种状态下，自动扶梯需要给运行指示器供电，保证正常显示，以便提醒乘客自动扶梯处于停止状态，这种情况下会产生一些能量损失。

4 自动扶梯的节能控制技术

4.1 Y-?转换模式

Y-?驱动（星三角驱动）节能技术包括两种方案：一种是自动重新启动，另一种是Y??切换。自动重新启动方案是在没有乘客时让自动扶梯停止运行，当有乘客进入时再次启动设备运行。这种方案虽然能够达到节省电量的目的，但是频繁启动与停止会加重自动扶梯机械零部件的损伤，也会对供电网络造成一定冲击。倘若乘客中有老人、小孩，对自动扶梯的自动启动不能及时反应，容易引发安全事故。Y-?切换方案则是按Y接法进行启动扶梯，若自动扶梯上没有乘客，那么扶梯会按Y接法一直运行下去；若有乘客时，则切换成?接法运行，如此循环运行。

实际测试数据表明，当自动扶梯处于空载或客流量极少的工况时，Y接法和?接法的自动扶梯的运行速度并没有明显的差异，但Y接法的节能效果比?接法要高20%左右。例如某车站的自动扶梯，当空载运行时，采用Y接法时输入有功功率是1.98kW，?接法时为2.62kW；其速度虽然不改变，但电能节省33.6%。

4.2 变频驱动节能方式

变频驱动节能方式主要通过使用变频调速装置来调节速度，如果有乘客进入扶梯会按照额定速度运行，若没有乘客则保持低速运行。变频驱动节能的具体运行方式是：在自动扶梯入口位置安装感应装置，当乘客进入扶梯时，感应乘客，然后向控制系统传输信号，启动自动扶梯，按照预设速度运行；当没有乘客搭乘扶梯时，感应装置没有感应到乘客，经过一段时间的空载运行后，控制系统会控制变频器实现降速运行，节省电能；当感应装置再次感应到有乘客到来时，系统会控制变频器，使自动扶梯恢复预设速度运行，如此循环运行。这种方式对速度的控制是通过变频器来实现的，这样不仅能够降低电能的消耗，而且能够减少机械磨损，从而提高自动扶梯的使用寿命。

4.3 自动运行节能方式

自动运行节能方式是指在入口位置安装感应装置，当有乘客进入扶梯时，设备感应到信号，然后将信号传送到控制系统，启动自动扶梯。该方式有一个缺点，即会频繁地启动自动扶梯，给供电网络造成冲击，同时增加机械的磨损。

5 节能效果分析

采用Y??转换节能方式，自动扶梯轻载可以节能5%～21%，但当承载率超过40%时，则无法实现节能；当设备按额定速度运行时，则与变频驱动节能方式的节能效果一致。变频驱动节能方式能够根据不同的客流量设定不同的运行速度，然而Y??转换节能方式只能以额定速度运行。

采用自动运行节能方式，如果有乘客时，则自动扶梯以额定速度运行；如果没有乘客时，自动扶梯则处于停止状态，故在客流较小时，该方式节能效果十分明显。

6 结语

综上所述，通过采用节能控制技术，能够有效降低自动扶梯在实际运行中的电能消耗，并且能够降低机械磨损，延长使用寿命。相信随着科学技术的不断发展与完善，节能控制技术将会越来越成熟，进而为自动扶梯运行节约更多的电能，提高经济效益与社会效益，促进社会的可持续发展。

参考文献

[1]王士琴，朱昌明，张鹏，金建峰.电梯能耗测量新方法[J].起重运输机械，2009，（9）.

[2]梁忠.SEW制动器与惯性制动器的比较――港机大、小车行走机构配用[J].中国水运（下半月），2012，（4）.