变频器在扶梯上的使用提高了电动机牵引系统的功率因数,能量回馈单元使扶梯的总体耗电更低,满足绿色能源需求,打造绿色扶梯。
自动扶梯和自动人行道在酒店、商场、地铁、火车站、写字楼、会馆及机场等场所应用广泛,在方便顾客和提高服务质量等方面起到了重要的作用。 但由于其使用场合的特殊性,部分扶梯经常处于空转状态,这必将浪费大量的电能,同时也使扶梯部件(如电动机、减速箱等)长期处于磨合状态。变频器的使用有效地解决了这些问题,降低的耗能及机械部件的磨损。同时变频器的使用带来了另外一个问题,当扶梯下行时,由于乘客负重产生的过多能量,只能通过制动电阻以热能散发。
能量反馈单元有效解决了这个问题。该单元将产生的机械动能转换为电能反馈到电网。一方面减低了扶梯动力系统的散热需求,另一方面产生的电能可以供其他用电设备使用,有效节约了电能。台达REG2000能量回馈单元安装在扶梯上,满足扶梯长期满载下行的需求,最大程度的节约电能。

变频器在扶梯中的使用
变频器在扶梯上的使用越来越广泛,其有效节约电能的功效越来越受到人们的重视。当扶梯空载运行时,变频器只输出励磁部分(激励磁通)电流,用于负载的电流理论为0(扶梯实际空载时任然有一定的阻力,可以按变负载或低负载运行方式分析),此时的电流仅为励磁电流。
由于变频器将交流电动机等效为直流电动机,保证了电动机以额定速度运行,因此功率因数大为提高,空载时约为0.6。由于功率因数的提高,电动机效率也大为提高,因此空载时节约了大量的能量。与工频交流直接供电时比较,工频时的空载电动机效率极低,功率因数也不到0.2,同时由于其转速会超过额定速度,因此转子电流也会有提高,而效率也极低。
扶梯满载运行时,由于使用了变频器,因此功率因数接近于1,使电动机运行与最佳效率点。与工频交流直接供电时比较,工频时的满载电动机效率高,但是因为功率因数(约0.85)关系,其效率还是略低于变频器驱动电动机时的效率。当扶梯使用工频运行时,主机的功率因数随着负载的变化而变化,当负载较小时,主机的功率因数比较低。而使用变频器可以有效的提高功率因数。
扶梯使用变频器进行节能控制,分为变频器节能运行及变频器间歇运行,根据客户的不同选择进行控制(图1)。当扶梯启动时,扶梯以额定速度运行,当扶梯无人乘坐时,经过一定时间,扶梯控制系统控制变频器降低速度运行,即以节能速度运行,降低扶梯运行速度。当扶梯以节能速度运行时,再过一定的时间,如果扶梯有间歇运行功能,扶梯将停止运行,如果没有间歇运行功能,扶梯将持续以节能速度运行,当有人正向进入乘坐扶梯时,扶梯恢复额定速度运行。

而当扶梯间歇运行时,即扶梯停止转动,有乘客从扶梯设定运行方向的反方向进入时,扶梯将启动以节能速度运行,提醒乘客注意行走方向,经过一定时间无人乘坐,扶梯继续进入间歇运行状态。因此,当扶梯无人乘坐空载时,有变频器工作的扶梯进入慢速运行,此时使用变频器的扶梯与工频运行的扶梯相比最大能够节约80%的电能。
当扶梯下行时,乘客向下运行,产生动能。由于变频器直流母线电压过高,为了将这部分的能量消耗,制动电阻是最传统也是最经济的做法。制动电阻将这部分电能转换的直流电能以热能的方式消耗。如果扶梯上行时,不存在制动电阻发热问题。当扶梯下行时,制动电阻由于持续不断的人流量,会持续发热。对车站等公共地方的冷却系统提出了挑战(图2)。

能量反馈单元在扶梯中的使用
使用能量反馈单元能够很好的解决扶梯下行时满载产生的35%的能量。台达能量反馈单元REG2000系列能量回馈单元很好的替代了制动电阻。当扶梯下行时,乘客产生的动能直接通过能量回馈单元转换为电能反馈到电网,使这部分能量能够有效再利用(图3)。
为了测量使用能量回馈单元的效果,选用了一台提升高度10多米的公共交通型扶梯进行测试。扶梯上装满砝码,这样上行和下行的负载一致。砝码的总数能够使扶梯满载运行。上行时,扶梯耗电14.2kW;下行时,扶梯产生了6.6kW功能。由以上可以判断,扶梯下行时制动电阻的产生热能为上行时的46%,这部分能量通过能量回馈单元以电能方式反馈到电网,相当于一台6.6kW的小型发电动机一直在工作。
能量回馈单元使用在下行的扶梯上,能够有效的降低扶梯的能耗,并产生电能,供其他设备上使用。面对日益严重的气候变迁议题,各个国家及机构均不断的探索如何节约能源,减少CO2的排放,净化空气。能量回馈单元的生产及使用技术已经相当成熟,现在台达等众多厂家将价格做在可控范围之内,相信将来会有更多的扶梯安装能量回馈单元,节约更多的电能。
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