马 英佛山市轨道交通发展有限公司，广东佛山 528000

自动扶梯的能耗影响因素分析及节能控制策略

马 英
佛山市轨道交通发展有限公司，广东佛山 528000

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。

自动扶梯；能耗；节能控制

1 自动扶梯的节能需求

在大型超市、百货商场、会展中心、火车站、地铁等公共场所，随处可见自动扶梯的应用，自动扶梯已经成为建筑物内方便人们行走的不可缺少的传输设备。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］。

2 自动扶梯的能效测量

2.1 测量目标的选择

在公共交通场所，对于自动扶梯提出了两点要求，这是自动扶梯必须符合的。一是公共自动扶梯必须是用公共交通的公共场合；二是公共自动扶梯必须运行稳定，每天工作时间不少于20h，且每3h至少有30min在100%载荷下工作。这里我们选择满足以上要求的自动扶梯进行研究，并选择普遍使用的自动扶梯规格：提升高度5m（±0.5m），额定速度是0.5m/s。

2.2 测量工具

3169-20钳形功率计是一种测量电压、电流、有功功率、功率因数和谐波畸变率的有效工具，它不仅测量精确，而且经济实惠。唯一不足的是，它操作比较复杂，但是熟练掌握操作步骤和规范后，此仪器还是比较适用的。

2.3 测试点的确定

本文选取了3个测试点进行实验测量，见图1。分别是：

1）测量点1：扶梯电机、扶梯照明、排水装置及加热装置等用电设备总能耗。

2）测量点2：自动扶梯驱动回路的能耗。

3）测量点3：其他用电设备的总能耗。

2.4 自动扶梯工作状态

测量功耗时，选择了几种扶梯的工作状态。

2.4.1 空载时升降有功功率检测

自动扶梯的工作效率是我们最关心的一个指标，扶梯的空载功耗大就会严重影响其工作效率，我们通过测量扶梯空载时的功耗，进而得知其性能。

2.4.2 载客时有功功率检测

载客的多少会影响自动扶梯的运行功耗，根据不同载客人数，我们测量相应的功耗，进而得知载客数和功耗的关系。

3 自动扶梯能耗的影响因素分析

3.1 减速器和传动装置因素

为了说明减速器和传动装置对自动扶梯的功耗有影响，我们做了一个实验，实验选取了两台宽度为1m，速度均为0.5m/s自动扶梯为样本，在载客数量相同的情况下，分别测量它们的功耗。将自动扶梯升高到5m左右，1号自动扶梯的功耗为1.65kW，2号自动扶梯的功耗为4.78kW。这两种自动扶梯的区别在于，使用了不同的减速器和传动装置，所以我们得出，减速器和传动装置的选择对自动扶梯的功耗有很大的影响。一般认为，三角皮带一级减速+二级斜齿轮减速组合来设计自动扶梯功耗比较低。

3.2 维保质量的影响

我们选择两台同一厂家的型号规格一样的自动扶梯作为样本，分别对其空载时的功耗进行测量，唯一不同的是，运行时间相同而维修保养的程度不一样，1号扶

梯的维保质量较高。1号自动扶梯的空载功耗为1.45kW；2号扶梯的功耗为3.08kW，这一数据充分说明了我们先前的假设，在其它条件相同的前提下，维修保养工作做的越到位，运行功耗越低。为了进一步佐证这一结论，我们选取相同型号的自动扶梯，测量它空载时的功耗。3号扶梯的空载功耗是2.5kW；4号扶梯的运行功耗为3.5kW，根据我们之前的结论推理，这一测量说明了4号扶梯的维修保养工作比3号质量差。经过与设备管理人员确认，果然4号扶梯近期还没有进行保养，而3号已经保养过。所以我们的结论是正确的，自动扶梯的日常保养和定期维修是非常重要的，是保证自动扶梯正常稳定工作和人员安全的前提。

3.3 待机功率的影响

自动扶梯有两种降低功耗的设计，一种是自动停止运行，也就是扶梯无乘客使用时，驱动回路断开，不需要耗电，只需点亮指示灯提醒乘客，当乘客按照指示进入扶梯，扶梯启动进入正常运行模式；另一种是当扶梯上没有载客时，扶梯将进入半休眠状态，低速运行，功耗也就随即降低，当有人进入扶梯时，扶梯就会恢复常规运行。在没有载客的情况下，自动停止运行模式驱动回路不耗电，较自动低速运行的模式节省电能。设计合理的空载速度，待机状态会大大降低功耗，提高工作效率。

3.4 自动扶梯的节能控制

自动扶梯是为了搭载乘客的，没有乘客的时候，扶梯最理想的状态是不运行。针对扶梯运行模式这一课题，我们制定了多种方案，以使自动扶梯真正实现节能的目的。

3.4.1 无人停梯模式

无人停梯模式是在扶梯上无乘客的情况下扶梯切断驱动回路的供电或通过变频器使电梯处于0速运行，较之通过变频器0速运行，很明显直接切断驱动回路的供电更节省电能。无人停梯模式在有无变频器的情况下都可实现，但无变频器的情况下当乘客进入扶梯时扶梯启动加速度较大，且自动停梯模式下扶梯处于运行的状态仅有指示装置提示，所以，要结合扶梯运行安全综合考虑使用。

3.4.2 无人低速运行模式

无人低速运行需要通过变频器的调节，在空载时调整至设定好的低速模式运行，此种方式同样可以降低空载运行能耗，较之无人停梯模式耗电量有所提高，但扶梯有明显的运行方向，不致误导乘客。

3.4.3 负载率调速模式

通过负载率调节扶梯速度的模式须由变频器控制电机，且控制回路可以采集扶梯的负载情况。在该模式下运行，控制回路通过采集到的扶梯负载率确定变频器的输出频率，由变频器调节电机的运行速度，以达到低负载的情况下扶梯的节能运行。

3.4.4 旁路变频模式

旁路变频模式即每当扶梯处额定速度运行时，都是工频电源在供电，频率为50Hz。当扶梯上没有乘客时，切换至换变频器工作，控制扶梯的速度降低，当扶梯有人乘坐时，变频器工作，使扶梯速度逐渐上升到平稳运行速度，即刻切换工频电源。这样的工作模式可以使得工频电源在一定时间内直接给扶梯供电，做到了能源的有效利用。在扶梯向下运行、载荷达到一定程度时，电机处于发电状态，使用这种模式系统可以将电能直接反馈至电网，供其它设备使用，做到能源绿色循环。

4 结论

综上所述，我们做了大量实验来找出影响自动扶梯耗能高的因素，其中，减速器和传动装置、维保质量等因素是影响耗能的主要因素。针对这些因素可以提出几种节能方案，几种节能方案是在不同运行状态下的节能模式，可根据实际情况组合使用，其中最有效控制能耗的方案是无人时停止运行，有载时按负载率调速，速度调至额定速度时采用旁路变频运行模式，我们利用这一方案可以有效实现能源的节约。

［1］李淼.自动扶梯的能耗影响因素及节能对策［J］.科技与创新，2014（24）：96.

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1674-6708（2016）168-0163-01

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