地鐵作為城市的主要公共交通設(shè)施，是城市現(xiàn)代化的重要標(biāo)志之一,。隨著人民生活水平的不斷提高，人們對出行的環(huán)境,、質(zhì)量和舒適度有著越來越高的要求,，作為地鐵客運(yùn)服務(wù)重要設(shè)施的自動(dòng)扶梯，在地下鐵道的建設(shè)和運(yùn)營中越來越受到人們的關(guān)注,。北京地鐵一期工程和環(huán)線開始投入運(yùn)營時(shí),，只有18臺自動(dòng)扶梯，從早上 6：00至12：00,，下午13：00至21：00投入運(yùn)行,，每天運(yùn)行14小時(shí)。近幾年來,，地鐵總公司為方便乘客乘坐地鐵,，在地鐵車站有預(yù)留安裝扶梯位置的出入口，按照客流分布及資金情況,，先后增設(shè)了數(shù)十臺自動(dòng)扶梯,，隨著地鐵復(fù)八線工程建成通車，計(jì)劃到2001年底,，北京地鐵將有近百臺自動(dòng)扶梯投入運(yùn)行使用,。
2000年開始,，為不斷提高地鐵客運(yùn)服務(wù)質(zhì)量，地鐵總公司將自動(dòng)扶梯運(yùn)行時(shí)間調(diào)整為與地鐵運(yùn)營時(shí)間同步,，從早晨5：00至晚上23：30,，每天連續(xù)運(yùn)行近 19個(gè)小時(shí)。北京地鐵現(xiàn)投入運(yùn)行的近百臺自動(dòng)扶梯基本都是公共交通型重載扶梯,，按照地鐵沿線車站的埋深不同,，扶梯的垂直提升高度從4.5米至16米不等，近70％以上的扶梯垂直提升高度在8米以上,。根據(jù)不同的提升高度,，扶梯相應(yīng)配置的電機(jī)功率從11Kw至40Kw不等。北京地鐵現(xiàn)有運(yùn)營線路2條,，運(yùn)營里程 54公里,，設(shè)有39座車站（含2個(gè)換乘站），138個(gè)出入口,。其中23座車站有55個(gè)出入口安裝自動(dòng)扶梯72部（大部分出入口設(shè)置一臺上行扶梯,，設(shè)置兩臺扶梯的出入口采用一上一下的運(yùn)行方式）。 2000年地鐵日平均客運(yùn)量為130萬人次,，平均每個(gè)出入口每日出站乘客為9420人,，僅為扶梯滿載輸送能力的 5.4%（單臺扶梯理論輸送能力按9100人/小時(shí)考慮）。北京地鐵現(xiàn)有的扶梯主要安裝在環(huán)線和復(fù)八線上,，若按高于平均日客流2倍估計(jì)（約占地鐵日平均客運(yùn)量的80%）,，環(huán)線和復(fù)八線平均每個(gè)出入口每小時(shí)出站乘客平均為991人，也只達(dá)扶梯滿載能力的10.9%,。北京地鐵高峰小時(shí)列車運(yùn)行間隔為3分鐘,，日開行列車在400列以上，日平均列車運(yùn)行間隔為6分鐘,，即每3分鐘便有一列列車進(jìn)站,。若考慮現(xiàn)有扶梯平均提升高度為10米，扶梯運(yùn)送每列列車的乘客出站僅為80秒（按每個(gè)梯級站1個(gè)人考慮）,，有50%以上的時(shí)間扶梯為空載運(yùn)行,，再加上列車進(jìn)站間隔交錯(cuò)不等，低峰時(shí),，列車間隔達(dá)6-8分鐘,，實(shí)際上扶梯空載運(yùn)行時(shí)間可能會更長。這樣不僅浪費(fèi)了大量的電能,，也增加了扶梯的損耗,，長期采用這種運(yùn)行方式既不合理也不經(jīng)濟(jì)。因此地鐵扶梯的運(yùn)行應(yīng)根據(jù)地鐵運(yùn)營的特點(diǎn),，采用相應(yīng)的運(yùn)行方式,，以確保自動(dòng)扶梯的運(yùn)行更加經(jīng)濟(jì)合理,。
自動(dòng)扶梯的控制系統(tǒng)" title="控制系統(tǒng)">控制系統(tǒng)已開始采用微電腦控制，理論上講可采用的扶梯節(jié)能運(yùn)行方式有多種,，但實(shí)際應(yīng)用在扶梯控制上的主要有三種方式,。
1.自動(dòng)運(yùn)行方式：在扶梯上下口處安裝傳感器（傳感器可用光電、壓力等多種形式）,，一旦傳感器檢測" title="傳感器檢測">傳感器檢測到有乘客進(jìn)入扶梯（距梳齒板1.3米左右）,，扶梯開始啟動(dòng)運(yùn)行，如乘客繼續(xù)進(jìn)入扶梯,，扶梯將一直以額定速度正常運(yùn)行,。如在預(yù)先設(shè)定的時(shí)間內(nèi)沒再檢測到有乘客進(jìn)入扶梯或扶梯出口側(cè)傳感器檢測到最后一個(gè)乘客離開扶梯后，在預(yù)先設(shè)定的時(shí)間內(nèi)也沒有檢測到有乘客進(jìn)入扶梯,，則扶梯將自動(dòng)停梯。待有乘客進(jìn)入扶梯時(shí),，扶梯再投入運(yùn)行,。
2.Y－Δ運(yùn)行方式（ECO方式）：利用扶梯Y－Δ啟動(dòng)裝置，在扶梯投入運(yùn)行后,，當(dāng)扶梯處于空載或輕載時(shí),，控制系統(tǒng)將驅(qū)動(dòng)電機(jī)" title="驅(qū)動(dòng)電機(jī)">驅(qū)動(dòng)電機(jī)從Δ型運(yùn)行自動(dòng)切換到Y(jié)型運(yùn)行來節(jié)約能耗。當(dāng)扶梯負(fù)載增加后,，扶梯再自動(dòng)轉(zhuǎn)成Δ型運(yùn)行,。
3.變頻運(yùn)行方式（VVVF方式）：在扶梯上增設(shè)變頻裝置，扶梯開始運(yùn)行時(shí)通過變頻器啟動(dòng),，當(dāng)扶梯達(dá)到100%（0.5m/s）額定速度運(yùn)行后,，如無乘客乘梯，扶梯由100%額定速度自動(dòng)降為20%（0.1m/s）速度爬行（如扶梯在20%速度下運(yùn)行很長一段時(shí)間仍無人乘梯,，則扶梯會自動(dòng)平緩地停梯待命,，該功能可自行設(shè)定）。如安裝在扶梯出入口處的傳感器檢測到有乘客乘梯,，則扶梯速度馬上平緩地升至100%額定速度,，如乘客繼續(xù)進(jìn)入扶梯，扶梯將一直以額定速度正常運(yùn)行,。如在預(yù)先設(shè)定的時(shí)間內(nèi)扶梯入口處的傳感器沒再檢測到有乘客進(jìn)入扶梯,，則扶梯將自動(dòng)轉(zhuǎn)至爬行速度運(yùn)行。
比較三種節(jié)能運(yùn)行方式,，自動(dòng)運(yùn)行方式節(jié)能效果突出,，控制方式" title="控制方式">控制方式簡單可靠，但會造成扶梯頻繁啟停,，嚴(yán)重影響扶梯使用壽命,；Y－Δ運(yùn)行方式有節(jié)能效果（理論上可節(jié)電30%左右）,，但扶梯啟動(dòng)后，一直以額定速度連續(xù)運(yùn)行,，增加了扶梯的耗損,；VVVF運(yùn)行方式節(jié)電效果明顯（理論上可節(jié)電60%左右，尖峰電流比無變頻器扶梯減小可達(dá)80%左右）,，與自動(dòng)運(yùn)行方式相比沒有頻繁啟動(dòng)問題,，扶梯磨損小，并且爬行速度運(yùn)行時(shí)可提示乘客乘梯方向,。
假設(shè)用兩臺同型號自動(dòng)扶梯（H=4.5m,；V=0.5m/s；θ=30°,；W=1000mm）,，一臺采用Y－Δ運(yùn)行方式，一臺采用VVVF運(yùn)行方式,，在下述情況作比較：
—扶梯向上運(yùn)行,。
—地鐵列車間隔6分鐘。
—扶梯額定速度運(yùn)行時(shí)間2.8分鐘（輸送乘客時(shí)間為2.8分鐘）,。
—扶梯空載時(shí)間為3.2分鐘（無乘客乘梯時(shí)間為3.2分鐘）,。
—每天連續(xù)運(yùn)行20小時(shí)，年中無休息（以365天計(jì)）,。
兩臺扶梯在上述情況下的運(yùn)行狀態(tài)：
Y－Δ運(yùn)行扶梯：地鐵到站后,，乘客登梯，扶梯以Δ型方式運(yùn)行2.8分鐘,，該批乘客輸送完后,，扶梯轉(zhuǎn)成Y型方式運(yùn)行。3.2分鐘后,，下一批乘客登梯,。
VVVF運(yùn)行扶梯：地鐵到站后，乘客登梯,，扶梯速度上升至100%,，輸送乘客2.8分鐘，該批乘客輸送完后,，扶梯速度降為20%額定速度運(yùn)行待命,。3.2分鐘后，下一批乘客登梯,。
由于在輸送乘客的2.8分鐘時(shí)間內(nèi),，無論是Δ型運(yùn)行，還是VVVF運(yùn)行，都是以100%額定速度運(yùn)行,，其能耗比較接近,，因此我們只討論在3.2分鐘空載情況下Y型運(yùn)行狀態(tài)和20%額定速度的VVVF運(yùn)行狀態(tài)時(shí)的功耗。

從對比試驗(yàn)表中可以看出：
—Y型空載額定速度運(yùn)行,，其功率為：
1.95Kw + 1.61Kw + 1.88Kw = 5.44Kw
全年的耗電量（kwh）為:
5.44Kw×3.2min/6min×20hr×365day = 21180（kwh）
—VVVF型空載20%額定速度運(yùn)行,，其功率為：
0.35Kw + 0.5Kw + 0.3Kw = 1.15Kw
全年的耗電量（kwh）為:
1.15Kw×3.2min/6min×20hr×365day = 4477 （kwh）
可以看出VVVF運(yùn)行方式與Y－Δ運(yùn)行方式相比, 節(jié)能效果十分明顯,一年可節(jié)能（理論上）:
21180（kwh） – 4477 （kwh） = 16703（kwh）
以0.52元/kwh計(jì)算,一年節(jié)約電費(fèi)（元）:
16703（kwh）×0.52元/（kwh） =8686 元
所以自動(dòng)扶梯采用VVVF變頻控制運(yùn)行方式，具有良好的節(jié)能經(jīng)濟(jì)效益,。
由此可見,，變頻運(yùn)行方式除采用變頻啟動(dòng)，避免了普通Y－Δ啟動(dòng)產(chǎn)生很大的啟動(dòng)電流問題,，保證了扶梯啟動(dòng)的平滑,、舒適。另外在無人乘梯,，扶梯以爬行速度運(yùn)行時(shí),，一方面節(jié)約了電能，減小了扶梯損耗,；另一方面也為即將進(jìn)入扶梯的乘客明確了扶梯運(yùn)行方向,，對地鐵客流早晚高峰和低峰變化較為明顯且長時(shí)間連續(xù)使用扶梯的場合較為適用。而自動(dòng)運(yùn)行方式由于控制方式簡單,，再考慮增設(shè)軟啟動(dòng)裝置,，較適合于老扶梯的節(jié)能改造,。
隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,，變頻 調(diào)速器以其優(yōu)越的性能在眾多領(lǐng)域獲得了廣泛的應(yīng)用，特別是節(jié)能效果越來越多的被人們認(rèn)識,。在電梯系統(tǒng)中也是如此,，VVVF型變頻調(diào)速電梯已開始取代繼電器控制、交流調(diào)速電梯,。VVVF型變頻調(diào)速電梯基本控制原理如下：
根據(jù)電機(jī)學(xué)理論,，交流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速公式為：n=60×f×（1-s）/p （式中：f為定子的電源頻率；p為極對數(shù),；s為轉(zhuǎn)差率,；n 為轉(zhuǎn)速）。
－改變電機(jī)極對數(shù)p可以改變電機(jī)轉(zhuǎn)速,，這是交流雙速梯采用的調(diào)速方法,。
－通過調(diào)整定子繞組電壓大小來改變轉(zhuǎn)差率s ，已達(dá)到調(diào)速目的,，這是交流調(diào)速梯采用的調(diào)速方法,。
－改變定子電源頻率f 也可達(dá)到調(diào)速目的，但f 最大不能超過電機(jī)額定頻率，電梯作為恒轉(zhuǎn)距負(fù)載,，調(diào)速時(shí)為保持最大轉(zhuǎn)距不變,，根據(jù)轉(zhuǎn)距公式：M=CmφIcosφ（式中：Cm為電機(jī)常數(shù)；I為轉(zhuǎn)子電流,；φ為電機(jī)氣隙磁通,；cosφ為轉(zhuǎn)子功率因數(shù)），必須保持φ恒定,。又根據(jù)電壓公式：U＝4.44 f Wkφ（式中：U 為定子電壓,；f為定子電壓頻率；W為定子繞組匝數(shù),；k為電機(jī)常數(shù)）,，必須保持U / f 為常數(shù)，即：變頻器必須兼?zhèn)渥儔?、變頻兩種功能,，簡稱為VVVF（Vary Voltage Vary Frequency）型變頻器，這就是VVVF型電梯的基本控制原理,。
同樣在扶梯行業(yè)中,，隨著扶梯進(jìn)一步向著高科技、節(jié)能,、智能化的方向發(fā)展,，變頻器在扶梯領(lǐng)域也被廣泛地應(yīng)用。以迅達(dá)公司生產(chǎn)的自動(dòng)扶梯為例,，自動(dòng)扶梯自動(dòng)變速驅(qū)動(dòng)有三種方式,，即相控調(diào)速GPH，標(biāo)準(zhǔn)變頻器GFU和變頻器GFU加,。
—相控調(diào)速GPH: 具有軟啟動(dòng), 正常運(yùn)行速度" title="運(yùn)行速度">運(yùn)行速度, 檢修運(yùn)行速度（以50%額定速度運(yùn)行）功能,。但檢修運(yùn)行速度使用有一定限制（每運(yùn)行5分鐘，須停10分鐘）,。
—標(biāo)準(zhǔn)變頻器GFU：該裝置僅在扶梯負(fù)載60%額定功率以下時(shí)工作,，除具有相控調(diào)速GPH功能外，還有慢速（爬行）運(yùn)行（以20%額定速度運(yùn)行）,，檢修運(yùn)行速度功能,，檢修運(yùn)行無限制。
—變頻器GFU加：扶梯開始運(yùn)行,，該裝置一直投入工作,，除具有標(biāo)準(zhǔn)變頻器GFU功能外，還有附加運(yùn)行速度（高峰時(shí),，扶梯以最大速度運(yùn)行）功能,。但需附加控制屏,。
由于在大多數(shù)情況下，扶梯較多地運(yùn)行于2/3額定載客量以下,，如果以100%電機(jī)功率配置變頻器,，當(dāng)扶梯以100%滿負(fù)載運(yùn)行時(shí)，變頻器相當(dāng)于在短路狀態(tài),，并不起多大的作用,。因此可將變頻電路設(shè)計(jì)成旁路變頻，即按60%電機(jī)額定功率來配置變頻器,。如果電機(jī)額定功率為11Kw,，則變頻器的功率為 7.5Kw。當(dāng)扶梯運(yùn)行于負(fù)載的60%額定功率以下時(shí),，電機(jī)通過變頻器工作,；當(dāng)負(fù)載增加至100%時(shí)，控制系統(tǒng)就將電機(jī)切換至工頻電網(wǎng)供電,。這樣可大大降低變頻器的初期投資成本,，價(jià)格增加約為整機(jī)的9%，所以這種配置方式具有較好的性能價(jià)格比,。一般公共交通型扶梯運(yùn)行環(huán)境比較差,，變頻器又通常安裝于扶梯上機(jī)房，運(yùn)行環(huán)境比較惡劣,，考慮到防水防塵的要求,，地鐵自動(dòng)扶梯配置的變頻器均要求采用IP54防護(hù)等級（防水防塵型），其工作壽命約為10萬小時(shí),，工作環(huán)境溫度為-40℃～+60℃,，相對濕度95%。自動(dòng)扶梯安裝標(biāo)準(zhǔn)GFU變頻系統(tǒng)后的工作原理如下：
當(dāng)扶梯開啟后,，扶梯在變頻器的驅(qū)動(dòng)下平緩啟動(dòng)并加速到額定運(yùn)行速度0.5m/s,。當(dāng)乘客不斷增加達(dá)到負(fù)載的60%額定功率時(shí),，扶梯切入至電網(wǎng)直接供電,。
如扶梯在電網(wǎng)直接供電以額定速度運(yùn)行的情況下，當(dāng)扶梯負(fù)載下降至負(fù)載的60%額定功率以下時(shí),，則扶梯將被切換到變頻器供電,，如在預(yù)先設(shè)定的時(shí)間內(nèi)扶梯入口處的掃描傳感器未檢測到有乘客進(jìn)入扶梯，則扶梯將平緩地轉(zhuǎn)入爬行速度0.1m/s運(yùn)行,。
當(dāng)扶梯入口處的掃描傳感器檢測到有乘客進(jìn)入扶梯時(shí),，扶梯將加速到0.5m/s速度運(yùn)行。扶梯處于上行狀態(tài)時(shí),，隨著乘客不斷增加,，致使負(fù)載達(dá)到60%額定功率時(shí)，驅(qū)動(dòng)電機(jī)切入至電網(wǎng)直接供電，此時(shí)電機(jī)不受變頻器驅(qū)動(dòng),；扶梯處于下行狀態(tài)時(shí),，隨著乘客不斷增加，負(fù)載增加到一定程度時(shí),，電機(jī)進(jìn)入發(fā)電狀態(tài)被連接到電網(wǎng)電源,，此時(shí)電機(jī)不受變頻器控制。如乘客繼續(xù)進(jìn)入扶梯,，則扶梯將以0.5m/s的速度穩(wěn)定運(yùn)行且始終不受變頻器控制,。 如在預(yù)先設(shè)定的時(shí)間段內(nèi)沒再檢測到有乘客進(jìn)入扶梯，那么扶梯將被接入到變頻器驅(qū)動(dòng),，減速到爬行速度運(yùn)行,。
在實(shí)際運(yùn)行中也可以針對不同的列車間隔，決定扶梯是否在電網(wǎng)下直接運(yùn)行,。如早7：00-9：30 ,，下午16：00-19：00（列車間隔為3-4分鐘），扶梯可以在電網(wǎng)下直接運(yùn)行,，以減少變頻器的空載損耗,；其它時(shí)間扶梯采用變頻器控制，起到節(jié)能作用,。
另外,，一旦變頻器發(fā)生故障，則可以通過控制系統(tǒng)修改參數(shù)將變頻器短接,，使驅(qū)動(dòng)電機(jī)直接連到電網(wǎng)下運(yùn)行,，從而保證扶梯繼續(xù)運(yùn)行使用。 雖然扶梯采用變頻器運(yùn)行控制方式后,，達(dá)到了節(jié)能運(yùn)行的目的,，但同時(shí)應(yīng)注意到變頻器控制系統(tǒng)也有一定的負(fù)面影響，如運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的噪音比直接驅(qū)動(dòng)略大,，需加長桁架以增加機(jī)房空間,，對散熱也有相應(yīng)要求（18Kw變頻器的散熱量約為2Kw）等等。因此應(yīng)針對扶梯采用變頻控制運(yùn)行后的特點(diǎn)要求,，采取相應(yīng)的措施,，以確保扶梯的正常使用。
參考文獻(xiàn)：
[1]自動(dòng)化博覽 2000年第6期
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