ALPHA 變頻器在自動扶梯上的應用

一、概述：

自動扶梯是商場﹑車站﹑機場普遍使用的一種載人提升設備。某商場有兩臺自動上下扶梯，使用11kW（四極）交流電機傳動，經減速箱減速后拖動自動扶梯運轉。兩臺扶梯一臺作為上行，另一臺作為下行，運行一段時間后就人為地進行交換，即上行的交換為下行，下行的交換為上行運轉。在運行過程中，顧客的流量在不同時段有較大的差別，有時乘自動扶梯可能一個人也沒有，由于顧客到來具有隨機性，也不可能在無人乘坐時將自動扶梯停止運轉，未進行調速控制的自動扶梯只能以額定速度空轉，這樣運行很不經濟，浪費大量的電能，而且，鏈條、皮帶磨損大、維修周期短，給正常使用帶來了不少麻煩。因此對自動扶梯進行變頻調速改造，在無人乘坐時降低速度運轉，有人乘坐時再平穩地加速到額定速度運轉。這樣，可減低鏈條、皮帶的磨損；轉速降低后，電機的輸出功率大幅度減少，帶來了一定的節能效果。無人乘坐的時間越長，節能的效果越顯著。

二﹑改造方案

用兩臺ALPHA3300 通用型變頻器控制自動扶梯的電機，載客運行時變頻器設置為外端子控制，速度控制設置為多段方式，即設置正常運行頻率（50Hz）﹑減速運行頻率（15Hz）。檢修(爬行)時，運行頻率較低，大約在25Hz 左右。

1 傳感器

傳感器為紅外線傳感器，安裝在自動扶梯的入口處離地面2.5m 高的位置上，聚焦鏡頭對準來客的方向上，并略向下傾斜。由于上﹑下扶梯的運行方式要定時交換，因此，每一臺自動扶梯的入口﹑出口都要安裝紅外傳感器。將這兩個傳感器的輸出接到變頻器內定時器的輸入端上。自動扶梯運行時，斷開出口傳感器的信號。

2 無人乘坐時電梯的減速運行

假定，傳感器監測到有人走向扶梯，一般傳感器的監測距離為6m，地面距離大約為4.2m，人走過這段距離約需要t0=5s 左右，這段時間內，變頻器從15Hz 運轉加速到50Hz，為安全考慮，必須在人踏上扶梯之前應完成加速，加速時間為t2。人踏上到走下扶梯的時間為t1。當有人走進入口時，傳感器信號送到定時器，定時器常開觸點閉合，變頻器開始加速至正常速度運行，同時計時器開始計時，在（t0+t1+t2）秒內有人走進入口，傳感器輸入的信號對計時器復位并重新開始計時，扶梯就一直以正常速度運行。 在（t0+t1+t2）秒內，無人走進入口時，經過（t0+t1+t2）秒變頻器降速到15Hz 運行，扶梯自動轉換到怠速運行。

3 再生能量的處理

自動扶梯在做下行運行時，電機會進入再生發電狀態，載客量越多，產生的再生能量越大。如果不對再生能量進行處理，將導致變頻器頻繁“過壓”停機，有可能對乘客造成傷害?？紤]到兩臺扶梯的變頻安裝在同一個控制室內，并且上行運行的扶梯永遠是電動做功。于是將兩臺變頻器的直流母線經交流接觸器連接起來構成直流母線式，下行扶梯產生的再生能量送到直流母線上全部被上行扶梯利用，沒有能量浪費。但考慮到有時可能以一臺扶梯單獨做下行運行，這時就采用能耗制動的方式處理再生能量。ALPHA 變頻器有內置制動單元，只需在+﹑B 端子上接入50 Ω 、1kW 制動電阻即可。

4 電磁抱閘

當某種原因發生緊急停車時，不必考慮重新起動為帶載起動（即人站在扶梯上起動），為安全起見，扶梯在靜止時必須有制動裝置，在運轉時又不起制動作用。

三、改造后的功能

1 保持原有電梯的“長期運行”模式和增加的“自動載客運行”模式并存，用戶可隨時選擇采用其中一種模式運行，當選擇原有電梯“長期運行”模式時，變頻器控制線路完全撤出。這樣可使用戶需要選擇原有模式或變頻器控制線路需要維護時，都可方便切換，保證了電梯正常運行。

2 線路改造后，保證在任何工作模式下都能符合國家GB—16899 關于扶手電梯安全標準的要求。

3 “自動載客運行”模式運行時，起動、停止或速度轉換平穩順暢，無跳動感覺，舒適感較好。

4 延長設備的使用壽命，減少材料的自損耗。如：電機壽命、鏈條的損耗、皮帶磨損等。

5 無乘客時，電梯低速運行，當有乘客到達入口時，電梯自動轉入全速運行。乘客離開電梯后若再無乘客，經延時后電梯自動轉回到怠速運行。

四、控制原理框圖

注：UP、DN 選用歐姆龍光電傳感器

圖 1 示出了自動扶梯基本的功能連線，將自動扶梯上、下兩端的光敏接收信

號并聯接到時間繼電器，再利用時間繼電器定時器延時，將接收到的光敏信號下降沿延時，延時時間為（t0+t1+t2），通過將 X2 端子接為有效狀態，實現低速運行。X4 端子有效時，可以使扶梯運行于檢修頻率，一般為額定運行速度的 50%。X5為急停按鈕，應對于故障狀態或一些突發事件的停機控制。
　　

變頻器的起停及方向控制，采用兩線式運轉模式；變頻器的故障輸出可以用于報警等指示，采用變頻器的運行中信號輸出作抱閘信號，這兩者都是通過繼電 器輸出，觸點常開或常閉形式可根據實際需要進行更改。

四、節能與優點

1 節電
　　設備安裝調試一次開車成功，運行平穩、節能效果明顯。改造前工頻運

行時每部扶梯每天耗電高達 80 度左右，變頻改造后由原來的全速運行變為有人時全速運行，運行頻率 50Hz，無人時低速爬行，運行頻率 15Hz，其每天用電 28 度左右度，大大降低了能耗，其節電率為65%。

2 投資回報期
　　 自動扶梯的運轉時間長，空載率高，變頻調速改造后，節電非常顯著，

而商業用電的電價又比較高，因此投資回報期短，本項目可在 8 個月內收回投資。