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摘要：随着我国经济的发展，机械化水平和自动化水平的提升，耗能的设备越来越多，其中本文研究的自动扶梯，就是耗能高的一种设备。我国正在走节能减排的可持续发展道路，加大力度进行新能源的开发和利用，更加注重节能降耗的问题。本文分析了自动扶梯工作中高能耗的影响因素，针对性地提出了对于自动扶梯的节能控制策略。
关键词：自动扶梯；能耗分析；节能控制
前言
自动扶梯虽然给人们带来了极大的方便，但它在运行时耗电量特别大。研究调查表明，目前，我国自动扶梯的用量已经超过了6 万台，并且每年正在以10% 的速度不断地增长。其中，非节能扶梯占95% 以上。按1 台扶梯的功率为5.5kW、每天运行12h 计算，每年每台扶梯将耗电24 090kW•h。全国每年仅扶梯一项就会消耗电能约1.3×109kW•h，且每台扶梯分别会有10% ～ 40%不等的间断性空载现象，这就意味着全国每年将有2×108 ～ 5×108 的电能浪费在扶梯上。
1自动扶梯能耗的影响因素
1.1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。
1.2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。
1.3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：一是待机。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；二是钥匙关闭。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。
2自动扶梯的节能控制技术
2.1 −ΔY 转换模式
−ΔY 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YΔ−Z 转换的启动方式，−ΔY 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−ΔY 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。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆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。−ΔY 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。
2.3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。
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。本次调研发现，自动扶梯选用节能技术时首先需要考虑客流情况。对于潮汐型客流的扶梯，采用变频或工频自动重启功能有明显的节能效果；而且客流越少，节能效果越明显。比如采用变频功能的某扶梯， 当客流量为3 2 8 6 人/ 天时， 功耗为1 . 1 3 k W • h ； 客流量为2 2 0 人/ 天时， 功耗为0.71kW•h，如若采用工频自动重启方案，功耗仅为0.30kW•h。因此，自动扶梯制造商可以制造具有旁路变频驱动和工频自动重新启动两种驱动模式的自动扶梯，以便用户根据实际工况自行选择控制模式，达到最佳的节能效果。
在有关部门的努力工作和大力推动下，某区自动扶梯的节能改造取得了成效。比如某广场58台自动扶梯的变频改造，某商城11台自动扶梯变频改造以及某酒市6台自动扶梯变频改造等等。与未改造前比对，这些单位的扶梯经改造后可节能50%以上。值得指出，我国大部分自动扶梯的运行状况和本次检测对象相似，因此扶梯的节能改造具有极大的潜力。
结束语
总之，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。
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论文作者:张磊
论文发表刊物:《基层建设》2017年第25期
论文发表时间:2017/12/6
标签：自动扶梯论文; 节能论文; 扶梯论文; 乘客论文; 方式论文; 角形论文; 电能论文; 《基层建设》2017年第25期论文;