本站原创关键词：自动扶梯；节能；变频器；PLC
【Abstract】 the escalators are used more and more widely, but most of the escalator applications are running at constant frequency state, no-load running time is very long, can not be fully utilized, caused damage to the electric energy waste and parts of the rate is high, therefore, this paper puts forward with the frequency converter to variable frequency speed regulation, in order to improve the the use efficiency of the escalator and reduces the maintenance cost of the equipment.
【Keywords】 escalator; energy sing; inverter; PLC
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一 引言
电梯是现代医院建筑中重要的特种机电设备[1-3]。有统计表明，电梯的能耗在建筑能耗中所占的比例越来越大，仅在于空调能耗，因此电梯节能技术越来受到人们的重视[4]。我院现有上海三菱电梯49台，其中升降电梯37台，自动扶梯12台。由于自动扶梯定货时未装变频装置。因此，从长远和节省的角度看，将自动扶梯改造为变频控制，将会节省很多电能，对节能减排，节省运行成本都大有好处，而且能够减少扶梯的零部件的磨损，降低运行维护成本。为此，本文提出加装变频器来改造扶梯节能方案。
二、自动扶梯加装变频器节能原理
1 变频器工作原理变频器是先将交流电通过整流器变成直流电，然后再通过逆变器将直流电转 换成频率可变的交流电。主要包含整流器，它把工频电源变换为直流电源；平波回路，在整流器整流后的直流电压中，含有电源6倍频率的脉动电压，此外逆变器产生的脉动电流也使直流电压变动。为了抑制电压波动，采用电感和电容吸收脉动电压（电流）；逆
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变器，同整流器相反，逆变器是将直流电变换为所要求频率的交流电，通过驱动电路使6个开关器件导通、关断就可以得到不同频率的3相交流电输出；控制器，按设定的程序工作，控制输出方波的幅度与脉宽，使叠加为近似正弦波的交流电，驱动交流电动机。2 变频器节能原理
使用变频器实现自动扶梯的节能，主要原理是通过变频器调速，降低电动机运行转速，并降低启动电流、电压和无功损耗。降低转速节能
三相异步电动机的转速：
式中，－电动机转速，－变频器输出电源频率，－转差率，－电机磁极对数。
从公式总可以看出，在转差率与电机磁极对数一定时，电机的转速与变频器输出电源频率成正比
在变频器调速前，扶梯在空载时的转矩为,电机输出转矩，载人时转矩为,电机输出转矩,在变频器调速后，扶梯在空载时的转矩为,载人时转矩为。根据牛顿第一定律，我们知道任何物体在所受外力的合力为零时，都保持原有的运动状态不变。同样在自动扶梯的工作过程中，无论是空载还是载人时，扶梯的梯级都是匀速运动，也就是说在变频器调速前后空载时的转矩==，调速后载人时的转矩==。
电机在等速运行时，电机输出转矩与轴上的负载转矩相平衡，由此可得
调速前空载时
调速后空载时
调速前载人时
调速后载人时
式中，，，，是电机轴上输出的机械功率，单位是KW，，，，是电机的转速，单位是。
所以，,
由上式可以看出，在变频调速后，电机输出功率和电机输出转速成正比，即转速降低，电机输出功率也成比例降低，从而降低扶梯的能耗。
(2) 功率因数补偿节能
电动机在运行的过程中，并不是所有的电能都被转化成机械能，系统中存在固有的无功损耗，功率因数（有功功率和总功率比值）总小于1。加装变频器后，可以有效的减少无功功率，提高功率因数，还可以使负载电压更稳定，改善电能的质量，从而降低电动机元器件的损坏几率，降低成本。
(3) 软启动节能
电机硬启动启动电流很大，会比额定电流高5-6倍，容易对电网造成冲击，对电动机元器件也容易造成损伤，缩短使用寿命。而加装变频器后，电动机启动时电流从0开始增加，最大值也不超过额定电流，减轻了对电网的冲击和对电动机的损坏，延长电机的使用寿命，从而节省了设备的维护费用。
三、扶梯加装变频器方案
1 改造后系统基本功能控制系统采用了PLC控制器进行信号处理。电动机由变频器拖动，使扶梯在低速运行时也能满足较大的力矩。同时，还采用人体感应控制系统，在无人的时候停止或者慢行，使之能够更为人性化提高扶梯的应用率，更大的节约资源。
(1) 在扶梯原系统的基础上加装变频器，完全保留扶梯原有运行模式，在变频器出现故障时，也不影响原有扶梯系统的运行。
(2) 实现自动扶梯在无人登梯后，梯级运行一周后自动扶梯自动进入以15HZ频率运行的慢行状态或者是停止状态。
(3)在扶梯的上下口处各安装一个光电感应开关，当行人进入到扶梯2m感应范围内，光电感应装置检测到有效信号，发送给plc处理，扶梯开始缓慢加速到50HZ频率运行。
(4) 检修时，使PLC p04 打在OFF状态，此时点动手柄的上、下行开关，扶梯在25HZ的频率下运行，便于观察扶梯的运行状态。
(5) 粘连保护功能：扶梯在运行或没有运行前，如果CBZ(抱闸接触器)、CZC（运行接触器）其中只要有一个接触器由于某种原因没有释放，使它的触点信息无法反馈到PLC上，PLC会由内部程序处理，使之不能再次运行，故障消除后自动解除，恢复运行。
(6) 抱闸检测功能：在抱闸相应的位置有一个开关，用来检测抱闸应答信号。在抱闸继电器输出1.5秒的时间内抱闸无反馈信号时，扶梯马上停止运行，等待维修人员维修。或在无抱闸继电器输出时，错误的抱闸反馈信号，扶梯也不会再启动，等待维修人员处理。
(7) 超速检测保护：超速检测是在扶梯运行时进行的检测。当扶梯运行过程中，系统检测到速度不正常，扶梯会自动停车等待维修。如果p08信号由于某种原因长亮或长灭，但丝毫不影响扶梯本身运行，此时可以用钥匙开关接通上行6秒后 ，系统自动取消这个点的检测（钥匙开关接通下行6秒后取消）。
(8) 定时自动加油功能：扶梯每运行10天，会自动启动加油系统，加油时间为25秒（可以根据现场条件设定）。
2 控制系统组成
在扶梯原有工频控制系统的基础上加装变频器、光电检测装置、PLC控制器及其他辅助材料等，进行变频控制。其电气原理图1如下：图1 变频控制系统电气原理图
四、经济效益分析
我院现有上海三菱自动扶梯12台，功率为7.5KW，改装前每天运行时间为9小时，医院上午病号较多，扶梯基本上是在额定功率下运行，运行时间约为5小时；下午病号较少，而且我院升降电梯较多，扶梯利用率很低，多数时间是在空载运行，经检测空载时的功率为额定功率的0.3，运行时间约为4个小时，慢行模式和停止模式一天节约电能分别为：慢行模式：KW
停止模式：KW
另外因加装变频器可以提高电动机的功率因数，其节约电能的效果也是相当明显的，不做具体的定量分析了。
一年节约的电能为：
慢行模式：KW
停止模式：KW
安装变频器之前一年的能耗为:
KW
在不同的模式下运行可节约电能为：
慢行模式：
停止模式：
五 小结
随着各个国家对节能减排的不断重视和扶梯的广泛应用，研究扶梯的节能方式是非常有必要的，本文通过理论论证和在实际过程中的应用，证明了在扶梯上加装变频器能够有效的节约能源，并且能够有效的减少扶梯的机械磨损和电气元件的损坏。
参考文献
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