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摘要： 自动扶梯是一种高耗能设备,本文从以下几个方面采取措施实现自动扶梯的节能，介绍了扶梯节能技术。实现节能最大化理念，达到了良好的经济效益和社会效益。
关键词：自动扶梯；节能；变频调适
Abstract: the escalator is a kind of production equipment, this article from the following several aspects to take measures to realize the energy saving of the escalator, introduces the energy-saving technology escalator. Realize the energy saving maximization idea, to the good economic and social benefits.
Key words: escalator; Energy saving; Frequency conversion adjustment
中图分类号： S210.4文献标识码：A 文章编号：
引言
中国不仅是耗能大国，也是能源利用率较低的国家，节约能源是一项利国利民的大事。中国建筑物消耗的能源约占中国总能耗的28％左右，而宾馆、写字楼、大型公用建筑中，电扶梯是个不折不扣的“耗能大户”，其用电量占建筑总用电量的25％以上。近几年，中国电梯产量持续保持20％左右的增长速度，2010年生产电梯、扶梯超过3120台，已经超过了全球产量的1／2。中国不仅是世界上最大的电梯市场与电梯生产基地，也是电梯拥有量最大的国家，中国电梯保有量已超过16640台。然而，节能电扶梯应用的普及率还很低，采用制动电能回馈技术的节能型电扶梯不足总量的5％。因此，降低电梯能耗、节约能源对国民经济的发展具有重要的现实意义。
1、节能控制原理
扶梯入口两侧、梳齿线前方约600mm左右安装光电式感应装置，可以准确检查有无乘客经过。无人乘坐时，扶梯自动转入低速节能运行模式-当乘客触发传感器后，只需2秒钟就由节能状态加速到额定速度，同时也可以使扶梯变频器软启动。乘客离开扶梯后5s，扶梯再次进入节能状态。用户还可以进行进一步设置。使处于节能状态下仍无乘客使用的扶梯运行一段时间后自动停止。而且用户可通过变频器事先设定电机在不同时段的运行速度及功耗，根据用户的设定情况电机在不同时段以不同速度运行，即实现了分时段控制。全变频调速状态下驱动主机始终和变频器相连，由变频器控制。
在自动运行模式下，空载及加速时由变频器供电，以提供柔和的加速度。在感应到乘客时，由变频器加速到高速。达到高速后，自动切换到市网供电。但没有乘客时，由市网供电切换至变频器供电，并减速到低速。检修模式下，由变频器供电，使扶梯低速运行。扶梯通过上下部接线箱检测安全开关状态，并传回控制柜，以方便进行故障判断及故障检测。本文主要从电气的角度探讨自动扶梯的各种节能技术。
2、自动调节电压法节能技术
当前我国自动扶梯的驱动几乎都是利用三相异步电动机。自动扶梯在某一负荷下工作所需的实际驱动功率。就是电动机在该运行状态下的输出功率。而电动机的输入功率大于输出功率，多余的部分即为损耗功率。损耗功率作为无用功，在电动机内转变成热而散发掉，同时还使得电动机温度升高。当电动机在额定电压下工作，损耗功率的百分数随负载大小而变化。在负载很轻时(有的效率低至20％)，损耗功率可达其实际输出功率的4倍左右，即使接近额定负载时效率达75％～85％，损耗功率也占实际输出功率的20％左右。在不同负载率时效率和功率因数变化曲线如图1所示，而且两者是同时增减的。
圉1 负载率不同时的效率和功率因数的变化曲线
三相异步电动机在额定电压和额定输出功率时，各种损耗占总损耗的比例如表1所示。
表1各项损耗占总损耗的比例(％)
总损耗中的绕组损耗与电流的平方成正比，即与负载大小有关；机械损耗及铁耗大小与负载大小几乎无关，但铁耗与电压的平方成比例。因此，自动扶梯的负荷低于额定负荷，其效率和功率因数都较低时，可及时降低电动机电压来运行。这样，不但可以减小铁损耗和杂耗。也减少了定于电流中的励磁电流(约为额定电流的30％～40％)，从而大大地减少了电损耗，电动机的功率因数和效率都得到提高，使电动机处于景佳运行状态。
应该注意到，电动机的转矩与电压平方成正比(TccU2)．在电压降低后如负载转矩不变则转速会降低。图2所示工作点由A，移到A2；但当电压降低。负载转矩也减小时，如图2中工作点A2，转矩与前一运行点相差不大。可以认为负载转矩减小而降低电压运行，电动机转速基本不变。
图2不同电压下电动机转矩与转速的关系曲线
可以证明，随着电动机负载减轻，为节能可降低电压运行。只要降压后电动机的功率因数近似等于其在额定运行时的功率因数．电动机的最大转矩必大于此时的负载转矩．而不会造成电动机停转。其具体工作原理是根据电动机负载的大小，自动及时地滴节电动机的工作电压。使之能耗最少。新型的节能器是按电量的有效值检测电动机功率因数，而且是应用瞬时检测技术，在电动机全部运行时间内对其各相的电压和电流的大小和相位进行检测，据此来调节电动机端电压．使电动机在不同负载情况下都运行在最佳状态，功率因数和效率都得以提高，能耗最少。
3、信息化全变频扶梯节能技术
信息化全变频扶梯节能技术利用伞变频控制技术能够进行无级调速的特性，为扶梯增加了用计算机软件、网络、控制、通信等深度集成的监控技术，通过变频调速实现对扶梯的效率调控，使扶梯运行在节能状态。在无人乘梯时，将扶梯的电机转速调低，使输出功率减小；在有人乘梯时，迅速提高电机的转速，满足使用的需要，从而实现运行情况下的节能。
某地铁一期工程创新的信息化变频空调通风节能技术和信息化全变频扶梯节能技术，将国家倡导用信息化改造传统工业产品节能的概念，率先用在了地铁的节能实践中；地铁工程采用信息化节能技术后，总耗能比没有采用创新技术的地铁节电10％以上，年节电量将超过1000万kwh。在能源紧张、电能消耗急剧增长的今天，人类对能源的需求越来越大。电能是用煤炭、原油等不可再生资源换来的，电已成为人们生活中不可缺少的消耗品，人们的生活方式越来越依赖于电能。我国人口多、人均资源少，面临能源短缺的压力越来越大，未来巨大的電力需求使得煤炭和石油(天然气)等资源越来越稀缺；与此同时，随着能源消耗的增加，空气中的有害气体和粉尘量也不断地增加，对人们的生存环境造成越来越严重的威胁。因此，节约能源已成为人类社会可持续发展的紧迫课题，创新、推广采用信息化变频节能
技术具有重要的现实意义和深远的历史意义。
4、“自动重新启动”运行模式的节能技术
“自动重新启动”运行即指自动扶梯在无乘客时自动停止运行。当有乘客时又自动重新启动运行的一种方式。这种运行模式已经被标准所认可，并且在标准中规定了详细的条款来限定这种运行模式的使用方法。由此可见，“自动重新启动”的运行模式已有一定的历史了，事实上采用这种运行模式的自动扶梯一般在飞机场或高级宾馆较为常见。这是因为，这些地方的自动扶梯的载荷情况比一般商场普通型自动扶梯还要轻松。很容易看出，“自动重新启
动”的自动扶梯与不采取任何措施的扶梯相比，在能源的节约方面相当可观．当然这取决于停梯时间的长短。另一方面，这种运行模式也使自动扶梯的磨损大大减少。而使用寿命则大大延长。遗憾的是在很多场合中不允许自动扶梯停止运行，这就大大限制了该模式的应用。使得当今大量在用的自动扶梯在空载和轻载的工况下白白地浪费了很多的能源。在自动扶梯不能停止运行的前提下，我们不得不采取其他的节能措施。
5、变频器节能技术
要实现最佳的节能效果和最好的运行性能，自动扶梯驱动中必须使用变频驱动装置。这里所说的变频驱动装置是指高性能的变频器。变频器在主电路中的使用方法几乎与上述其它电子变流装置相同，其不同运行模式下的切换原则都是一样的。由于变频器的采用，可以在无人时很容易实现极低频率极低电压对电机供电，使自动扶梯在空载时以极低的速度“蠕动”运行。在輕载的工况下，变频驱动可以实现降压节能运行。这样，采用变频器以后，自动扶梯可以采取“蠕动+降压”的运行模式分别在空载和轻载下节能。变频器一般都是与光电检测装置配套使用，节省电能的多少取决干自动扶梯无人乘坐的累积时间。
6、节能效果分析
某城市地铁工程自动扶梯电机功率的配用：P=H×L×V×0．2453X1．5H一0．0672。
(P：电机功率，Kw；L：制动载荷，120Kg；H：提升高度，m；V：额定速度，0．65m／s)。全线241台扶梯，总功率5506.2kw。变频扶梯与非变频扶梯年耗能费用比较如下。
(1)不采用变频时24l部电扶梯每年消耗的电能为：(2374．2 kw +3132kw)×20小时×365天=40195260 kwh，若每度电价0.71元，则电费：40195260kWh×0.7l~2854万元。
(2)采用变频时241部电扶梯每年消耗的电能为(按每天满载运行0．65m／s 共5小时。节能运行0．3m／s共8小时、待客运行0．13m／s共7小时)：[(2374．2 kw +3132 kw)X5小时+(2374．2 kw -3l32 kw)×0．5 x 8小时+(2374．2 kw+3132 kw)×0．2 X 7小时]×365天=2090l535．2 kwh。电费：20901535.2 kwh×0．7l=1484万元。年节约电费约l370万元。
根据以上分析，只要在扶梯入口两侧设置光电式感应装置或在扶梯平梯级下安装压电传感器，就可以准确检测有无乘客经过及客流量的大小，同时配置变频器就可以实现客流量大时电扶梯高速运行、客流量小时低速运行。没有客流时转至节能模式或停梯从而达到节约能源、减少机械磨损、降低运营成本和维护成本、延长电扶梯使用寿命的效果。
6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惊人的。采用节能模式运行，不仅能节能，而且能降低机械损耗。随着节能技术的推广及优化，自动扶梯节能技术将创造更大的经济效益及社会效益。
参考文献：
[1] 黄娟丽．PMSM驱动电梯节能控制策略的研究[D]．福州：福州大学，2010．
[2] 国家质检总局科技处．电梯节能技术发展应用与展望[J]．电梯工业．2006(5)：38-40．
[3]洪致育，曾晓东，自动扶梯的节能技术，2002
[4]聂辉，变频器在自动扶梯上的应用，2005.10
[5] 晓美婉，广州地铁自动扶梯的节能技术，2008，7
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。
关键词：自动扶梯；节能；变频调适
Abstract: the escalator is a kind of production equipment, this article from the following several aspects to take measures to realize the energy saving of the escalator, introduces the energy-saving technology escalator. Realize the energy saving maximization idea, to the good economic and social benefits.
Key words: escalator; Energy saving; Frequency conversion adjustment
中图分类号： S210.4文献标识码：A 文章编号：
引言
中国不仅是耗能大国，也是能源利用率较低的国家，节约能源是一项利国利民的大事。中国建筑物消耗的能源约占中国总能耗的28％左右，而宾馆、写字楼、大型公用建筑中，电扶梯是个不折不扣的“耗能大户”，其用电量占建筑总用电量的25％以上。近几年，中国电梯产量持续保持20％左右的增长速度，2010年生产电梯、扶梯超过3120台，已经超过了全球产量的1／2。中国不仅是世界上最大的电梯市场与电梯生产基地，也是电梯拥有量最大的国家，中国电梯保有量已超过16640台。然而，节能电扶梯应用的普及率还很低，采用制动电能回馈技术的节能型电扶梯不足总量的5％。因此，降低电梯能耗、节约能源对国民经济的发展具有重要的现实意义。
1、节能控制原理
扶梯入口两侧、梳齿线前方约600mm左右安装光电式感应装置，可以准确检查有无乘客经过。无人乘坐时，扶梯自动转入低速节能运行模式-当乘客触发传感器后，只需2秒钟就由节能状态加速到额定速度，同时也可以使扶梯变频器软启动。乘客离开扶梯后5s，扶梯再次进入节能状态。用户还可以进行进一步设置。使处于节能状态下仍无乘客使用的扶梯运行一段时间后自动停止。而且用户可通过变频器事先设定电机在不同时段的运行速度及功耗，根据用户的设定情况电机在不同时段以不同速度运行，即实现了分时段控制。全变频调速状态下驱动主机始终和变频器相连，由变频器控制。
在自动运行模式下，空载及加速时由变频器供电，以提供柔和的加速度。在感应到乘客时，由变频器加速到高速。达到高速后，自动切换到市网供电。但没有乘客时，由市网供电切换至变频器供电，并减速到低速。检修模式下，由变频器供电，使扶梯低速运行。扶梯通过上下部接线箱检测安全开关状态，并传回控制柜，以方便进行故障判断及故障检测。本文主要从电气的角度探讨自动扶梯的各种节能技术。
2、自动调节电压法节能技术
当前我国自动扶梯的驱动几乎都是利用三相异步电动机。自动扶梯在某一负荷下工作所需的实际驱动功率。就是电动机在该运行状态下的输出功率。而电动机的输入功率大于输出功率，多余的部分即为损耗功率。损耗功率作为无用功，在电动机内转变成热而散发掉，同时还使得电动机温度升高。当电动机在额定电压下工作，损耗功率的百分数随负载大小而变化。在负载很轻时(有的效率低至20％)，损耗功率可达其实际输出功率的4倍左右，即使接近额定负载时效率达75％～85％，损耗功率也占实际输出功率的20％左右。在不同负载率时效率和功率因数变化曲线如图1所示，而且两者是同时增减的。
圉1 负载率不同时的效率和功率因数的变化曲线
三相异步电动机在额定电压和额定输出功率时，各种损耗占总损耗的比例如表1所示。
表1各项损耗占总损耗的比例(％)
总损耗中的绕组损耗与电流的平方成正比，即与负载大小有关；机械损耗及铁耗大小与负载大小几乎无关，但铁耗与电压的平方成比例。因此，自动扶梯的负荷低于额定负荷，其效率和功率因数都较低时，可及时降低电动机电压来运行。这样，不但可以减小铁损耗和杂耗。也减少了定于电流中的励磁电流(约为额定电流的30％～40％)，从而大大地减少了电损耗，电动机的功率因数和效率都得到提高，使电动机处于景佳运行状态。
应该注意到，电动机的转矩与电压平方成正比(TccU2)．在电压降低后如负载转矩不变则转速会降低。图2所示工作点由A，移到A2；但当电压降低。负载转矩也减小时，如图2中工作点A2，转矩与前一运行点相差不大。可以认为负载转矩减小而降低电压运行，电动机转速基本不变。
图2不同电压下电动机转矩与转速的关系曲线
可以证明，随着电动机负载减轻，为节能可降低电压运行。只要降压后电动机的功率因数近似等于其在额定运行时的功率因数．电动机的最大转矩必大于此时的负载转矩．而不会造成电动机停转。其具体工作原理是根据电动机负载的大小，自动及时地滴节电动机的工作电压。使之能耗最少。新型的节能器是按电量的有效值检测电动机功率因数，而且是应用瞬时检测技术，在电动机全部运行时间内对其各相的电压和电流的大小和相位进行检测，据此来调节电动机端电压．使电动机在不同负载情况下都运行在最佳状态，功率因数和效率都得以提高，能耗最少。
3、信息化全变频扶梯节能技术
信息化全变频扶梯节能技术利用伞变频控制技术能够进行无级调速的特性，为扶梯增加了用计算机软件、网络、控制、通信等深度集成的监控技术，通过变频调速实现对扶梯的效率调控，使扶梯运行在节能状态。在无人乘梯时，将扶梯的电机转速调低，使输出功率减小；在有人乘梯时，迅速提高电机的转速，满足使用的需要，从而实现运行情况下的节能。
某地铁一期工程创新的信息化变频空调通风节能技术和信息化全变频扶梯节能技术，将国家倡导用信息化改造传统工业产品节能的概念，率先用在了地铁的节能实践中；地铁工程采用信息化节能技术后，总耗能比没有采用创新技术的地铁节电10％以上，年节电量将超过1000万kwh。在能源紧张、电能消耗急剧增长的今天，人类对能源的需求越来越大。电能是用煤炭、原油等不可再生资源换来的，电已成为人们生活中不可缺少的消耗品，人们的生活方式越来越依赖于电能。我国人口多、人均资源少，面临能源短缺的压力越来越大，未来巨大的電力需求使得煤炭和石油(天然气)等资源越来越稀缺；与此同时，随着能源消耗的增加，空气中的有害气体和粉尘量也不断地增加，对人们的生存环境造成越来越严重的威胁。因此，节约能源已成为人类社会可持续发展的紧迫课题，创新、推广采用信息化变频节能
技术具有重要的现实意义和深远的历史意义。
4、“自动重新启动”运行模式的节能技术
“自动重新启动”运行即指自动扶梯在无乘客时自动停止运行。当有乘客时又自动重新启动运行的一种方式。这种运行模式已经被标准所认可，并且在标准中规定了详细的条款来限定这种运行模式的使用方法。由此可见，“自动重新启动”的运行模式已有一定的历史了，事实上采用这种运行模式的自动扶梯一般在飞机场或高级宾馆较为常见。这是因为，这些地方的自动扶梯的载荷情况比一般商场普通型自动扶梯还要轻松。很容易看出，“自动重新启
动”的自动扶梯与不采取任何措施的扶梯相比，在能源的节约方面相当可观．当然这取决于停梯时间的长短。另一方面，这种运行模式也使自动扶梯的磨损大大减少。而使用寿命则大大延长。遗憾的是在很多场合中不允许自动扶梯停止运行，这就大大限制了该模式的应用。使得当今大量在用的自动扶梯在空载和轻载的工况下白白地浪费了很多的能源。在自动扶梯不能停止运行的前提下，我们不得不采取其他的节能措施。
5、变频器节能技术
要实现最佳的节能效果和最好的运行性能，自动扶梯驱动中必须使用变频驱动装置。这里所说的变频驱动装置是指高性能的变频器。变频器在主电路中的使用方法几乎与上述其它电子变流装置相同，其不同运行模式下的切换原则都是一样的。由于变频器的采用，可以在无人时很容易实现极低频率极低电压对电机供电，使自动扶梯在空载时以极低的速度“蠕动”运行。在輕载的工况下，变频驱动可以实现降压节能运行。这样，采用变频器以后，自动扶梯可以采取“蠕动+降压”的运行模式分别在空载和轻载下节能。变频器一般都是与光电检测装置配套使用，节省电能的多少取决干自动扶梯无人乘坐的累积时间。
6、节能效果分析
某城市地铁工程自动扶梯电机功率的配用：P=H×L×V×0．2453X1．5H一0．0672。
(P：电机功率，Kw；L：制动载荷，120Kg；H：提升高度，m；V：额定速度，0．65m／s)。全线241台扶梯，总功率5506.2kw。变频扶梯与非变频扶梯年耗能费用比较如下。
(1)不采用变频时24l部电扶梯每年消耗的电能为：(2374．2 kw +3132kw)×20小时×365天=40195260 kwh，若每度电价0.71元，则电费：40195260kWh×0.7l~2854万元。
(2)采用变频时241部电扶梯每年消耗的电能为(按每天满载运行0．65m／s 共5小时。节能运行0．3m／s共8小时、待客运行0．13m／s共7小时)：[(2374．2 kw +3132 kw)X5小时+(2374．2 kw -3l32 kw)×0．5 x 8小时+(2374．2 kw+3132 kw)×0．2 X 7小时]×365天=2090l535．2 kwh。电费：20901535.2 kwh×0．7l=1484万元。年节约电费约l370万元。
根据以上分析，只要在扶梯入口两侧设置光电式感应装置或在扶梯平梯级下安装压电传感器，就可以准确检测有无乘客经过及客流量的大小，同时配置变频器就可以实现客流量大时电扶梯高速运行、客流量小时低速运行。没有客流时转至节能模式或停梯从而达到节约能源、减少机械磨损、降低运营成本和维护成本、延长电扶梯使用寿命的效果。
6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惊人的。采用节能模式运行，不仅能节能，而且能降低机械损耗。随着节能技术的推广及优化，自动扶梯节能技术将创造更大的经济效益及社会效益。
参考文献：
[1] 黄娟丽．PMSM驱动电梯节能控制策略的研究[D]．福州：福州大学，2010．
[2] 国家质检总局科技处．电梯节能技术发展应用与展望[J]．电梯工业．2006(5)：38-40．
[3]洪致育，曾晓东，自动扶梯的节能技术，2002
[4]聂辉，变频器在自动扶梯上的应用，2005.10
[5] 晓美婉，广州地铁自动扶梯的节能技术，2008，7
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。