变频器在自动扶梯节能中的应用

一、引言 　　随着科学技术的发展，电器设备不断出新，电力供应日趋紧张，去年开始我国南方部分大城市出现了间断供电的现象，严重影响了人们的日常生活。在电力供应一时不能马上解决的前提下，首先应该考虑的就是节能降耗问题。 二、可行性研究 　　目前常规的自动扶梯空载时仍是额定速度运行，具有耗能大，机械磨损大，使用寿命低等缺点。例如吉林国贸购物中心有16 部扶梯，每部扶梯电功率8kW，每部扶梯日耗电70kWh 左右，每天运转11 小时，而且始终都是恒定速度运行，在大多数情况下，扶梯较多地运行于2/3 额定载客量以下，每部扶梯每天无人空载时间累计约5 小时。如果扶梯在无人空载时停运或缓行，将大大减少用电量。如果将扶梯运行方式由每天连续恒速运行改为有人乘梯时正常恒速运行，无人乘梯时慢速行驶或停止，就能实现节电的目的。参考了大量资料，觉得这种方式完全可以实现。 　　经过研究试验，在扶梯电气控制线路加装变频器，经简单改造即可实现此项功能。采用变频调速方式控制自动扶梯运行，使扶梯具备平稳启动、节能运行。无人乘梯时，扶梯由额定运行速度转为低速运行，既节约了能源，又减小了机械磨损。当乘客走近时，扶梯启动以正常速度运行；乘客离开后，扶梯减速变为慢速运行或停止，等待下一位乘客。如果乘客连续不断，扶梯便连续以正常速度运行，直到最后一位乘客离开扶梯。 　　现在生产的自动扶梯绝大部分没有调速功能，而且扶梯都是由三相异步电动机经变速箱带动机械部件运转。根据电机学理论，交流电动机的转速公式为： 　　n=60×f/p( 1- s) 　　式中：f 为定子的电源频率；p 为极对数；n 为转速；s 为转差率。 　　（一）改变电动机极对数p 可以改变电机转速，这是交流双速电动机采用的调速方法。 　　（二）通过调整定子绕组电压大小来改变转差率s 达到调速目的，这是交流调速电动机采用的调速方法。 　　（三）改变定子电源频率f 也可达到调速目的，但f 最大不能超过电动机额定频率，电梯作为恒转距负载，调速时为保持最大转距不变，根据转距公式： 　　M=CmφIcosφ 　　式中：Cm 为电机常数；I 为转子电流； φ为电机气隙磁通； cosφ为转子功率因数， 必须保持φ恒定。又根据电压公式： 　　U=4.44fWkφ 　　式中：U 为定子电压；f 为定子电压频率；W为定子绕组匝数；k为电机常数，必须保持U/f 为常数，又根据电机拖动原理，转速之比等于频率之比，等于电压之比, 等于功率之比。 　　即N0 / N1= f0 / f1 = U0 / U1= P0 / P1 　　即变频器必须兼备变压、变频两种功能，这就是变频电梯的基本控制原理。 三、经济效益分析 　　将已有的恒速扶梯改成变频调速扶梯，考虑到电机不加改动，对于原有的电机，经过验证，最有效的节能办法就是加装变频器。通过变频器来改变电源频率实现调速的目的。例如： 　　自动扶梯电机为2 对极单速电机，根据公式 　　n=60×f/p( 1- s) 　　当转差率变化不大时，n 基本上正比于f。扶梯恒速时f=50Hz，电机转速： 　　n=60×50/2=1500，即每分钟1500 转。 　　扶梯慢行时f=20Hz,电机转速: 　　n=60×20/2=600，即每分钟600 转。 　　当电机的额定电压为380V，频率为50Hz 时，经过变频器改变频率后，频率为原频率的40%，即20Hz 时，送到电机的电压则变成： 　　U1=( 380V×20Hz) /50Hz=152V 　　根据公式U0 /U1=P0/P1 得出P1=0.4P0 　　因而电机所耗费的电功率也为原功率的40%。 　　根据上面的推算，一台8kW的电动机，每天运行11 小时，每度电费为1 元，那么它每天的电费为： 　　1×11×8×0.8=70.4 元。 　　安装变频器后，如果每天慢速运行的时间为全天的50%的话，那么每天慢行所耗费的电费为： 　　1×5.5×8×0.4×0.8=14.08 元。 　　安装变频器后每天耗电为：70.4/2+14.08=49.28 元。 　　安装变频器后每天节电为：70.4- 49.28=21.12 元。 　　通过电能表计量实际节电平均每天20kWh 左右。