自动扶梯的能耗影响因素及节能对策

李淼

摘 要：随着国家绿色能源和节能减排战略的发展，节能降耗日益成为发展的主题。目前，大量高耗能的设备仍旧被广泛使用，比如自动扶梯。通过分析自动扶梯运行时能耗的影响因素，提出了节能控制对策。

关键词：自动扶梯；能耗；节能对策；公共交通系统

中图分类号：TU857 文献标识码：A 文章编号：2095-6835（2014）24-0096-02

1 自动扶梯的节能需求

自动扶梯作为建筑物内的重要传输设备，已在商场、博览中心、火车站、地下通道等公共场所得到了广泛应用。自动扶梯在给人们提供方便的同时，也存在耗电量过大的问题。据不完全统计，我国目前扶梯在用量超过6万台，并正以超过10%的速度逐年增长。其中，非节能扶梯占95%以上。按1台扶梯的功率为5.5 kW、每天运行12 h计算，每年每台扶梯将耗电24 090 kW·h。全国每年仅扶梯一项就会消耗电能约1.3×109 kW·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 kW·h的电能浪费在扶梯上。

2 自动扶梯的能效测量

2.1 选测对象及其能耗限定值

本次空载能耗测量结果的评价主要参考某机电署给出的《自动扶梯能效限定值》。公共交通型自动扶梯必须同时符合以下2类情况：①公共交通型自动扶梯是公共交通系统的一部分，包括出口和入口处；②公共交通型自动扶梯应适合于每星期经常性地操作约140 h（20 h/d），且每3 h中至少有30 min在100%制动负荷下操作。

为了比较测量结果，本文统一选测的自动扶梯的提升高度为5 m（±0.5 m）、额定速度为 0.5m/s。

2.2 测量仪器

笔者选择了3169-20钳形功率计和PW3198电能质量分析仪。初次试验后发现，上述仪器均可同时测量电压、电流、有功功率、功率因数和谐波畸变率（THD），且测量精度都能满足要求。其中，PW3198电能质量分析仪自带处理软件，后期处理数据时十分方便；3169-20钳形功率计的数据处理比较烦琐，但价格较低。因测量样本多、项目周期长，本次测量统一选用3169-20钳形功率计。

2.3 运行功率测量点的选取

在自动扶梯的电源电路中，通常考虑3个测量点，如图1所示。其中，“测量点1”的测量结果为自动扶梯的控制系统、驱动电动机与自动扶梯其他辅助用电设备（照明、加热装置和自动排水装置等）的总和；“测量点2”的测量结果为自动扶梯主电路的能耗；“测量点3”的测量结果为自动扶梯其他辅助用电设备的能耗。本次测量主要对“测量点1”进行能耗检测，其他测量点的测量值作为参考。

2.4 测量工况

2.4.1 空载上、下运行有功功率检测

在自动扶梯的空载状态下，检测其上、下运行的有功功率。该项功耗指标是自动扶梯的主要功耗指标，它反映了该台自动扶梯的机械效率，这对实际能耗的影响最大。

2.4.2 实际运行有功功率检测

笔者采用客流计数器和输入有功功率实时检测数据，得出了自动扶梯不同负载时的功耗值。

3 自动扶梯能耗的影响因素分析

3.1 减速器和传动装置的影响

本次测量主要选择提升高度为5 m（±0.5m）、梯级宽度为1 000 mm和额定速度为0.5 m/s的自动扶梯。实测结果表明，减速器和传动装置的设计对自动扶梯的运行能耗有明显的影响。对于本次检测的2台乘客流量接近的自动扶梯，其工况均为工频不间断运行，某置业1#自动扶梯的能耗为1.77 kW，而制造商不同的6#自动扶梯的能耗达到了4.67 kW。日系自动扶梯的减速器大多采用三角皮带一级减速+二级斜齿轮减速，其效率高于蜗轮蜗杆和一级螺旋伞形齿+二级斜齿减速。

3.2 维保质量的影响

自动扶梯的定期维护、保养和调整对其能效有较大的影响。在同厂家生产的相同型号且技术参数完全一致的2台自动扶梯中，桃浦1#扶梯的空载运行功率为1.65 kW；桃浦2#梯却达到2.19 kW，比桃浦1#扶梯高出了32.7%. 此外，在某置业拥有的2台相同型号的自动扶梯中，科汇1#梯的上行空载运行功率为2.231 kW；科汇2#梯达到了2.777 kW，比科汇1#梯高出了24.4%. 由此可见，自动扶梯的运行能耗与维护、保养和调整（比如驱动链、梯级链、扶手带的张力、梯级与裙板的摩擦、各部件的润滑等）有关。

3.3 待机功率的影响

自动扶梯在不提供任何服务的情况下，称之为待机状态。待机分为2种：①钥匙关闭。在这种情况下，扶梯可能需要给运行指示器供电，提醒乘客扶梯停止，会产生较小的能量损耗。②待机。扶梯自动检测到乘客进入时，按原来的运行方向再次启动，等乘客离开后，开始低速运行，知道在一定的时间内没有乘客进入后，再次进入待机状态。在这种待机状态下，为了快速投入运行，相应的传感器和驱动器件仍处于工作状态。自动扶梯的待机能耗随着扶梯的配置不同而不同。

4 自动扶梯的节能控制

多数扶梯在没有乘客时仍以额定速度运行，这浪费了大量的电能。本次检测中某地铁站自动扶梯的空载运行功率为4.308 kW；某广场自动扶梯的功率为4.375 kW。即使这2台自动扶梯上24 h都没有乘客，其耗电也高达52 kW·h。针对此情况，出现了许多自动扶梯节能技术。

4.1 星三角驱动

星三角（Y-△）驱动包括“自动重新启动”和“Y-△切换”。前者是在无人乘梯时停止自动扶梯、有人乘梯时启动扶梯的方案，可达到省电的目的。因星三角驱动采用了完全停电的方法，所以在节能方面的作用非常明显。

4.2 全变频驱动

全变频驱动采用变频器驱动曳引电机，通过变频器调节曳引电机的转速。可在自动扶梯上、下入口处加装显示器和光电感应器，显示器用于显示设备当前的状态；感应器根据感应结果给控制系统发送感应信号。在无人使用时，设备可停运或低速运行；当有使用者时会全速运行，从而达到节能的目的。采用全变频驱动方案，可在不同速度之间实现平滑切换。因扶梯对控制精度的要求不高，变频器可选择不带编码器的开环控制模式。但变频器功率应大于或等于曳引电机的功率，同时，制动电阻消耗再生能量需要配置功率较大的制动电阻，成本也会随之增加。另外，还需考虑制动电阻在扶梯有限的机房空间内的散热问题。

4.3 旁路变频驱动

扶梯在额定速度运行时，由50 Hz的工频电源供电，变频器不投入运行。当在无人乘梯一段时间后，扶梯将由工频电源控制切换到变频器控制，从而使扶梯低速运行或停止，达到节能的目的；当有人再次进入扶梯乘梯时，扶梯将由变频器加速到额定速度，到达额定速度后，将由变频器控制切换到工频电源控制扶梯运行。

旁路变频最大的优点是可将乘客重力做功所产生的再生能量无损耗、无畸变地反馈给工频电网，从而实现能量的再使用。同时，也实现了无人乘梯时低速运行或停止，达到了节能、降低噪声和减少设备磨损的目的。变频控制系统调速时较为平稳，对机械系统的冲击较小。由于在高速运行时，变频未参与控制，所以，变频器的功率比曳引电机的功率小。与全变频相比，旁路变频不需要制动电阻，从而减少了机房的发热量。旁路变频方案的技术难点为：为了实现平滑切换，需要检测工频电源和变频电源的相位，当两者相位一致时开始旁路切换，而这需设计高精度的电气控制电路。

5 结束语

综上所述，减速器和传动装置、维保质量、待机功率等都会影响自动扶梯的能量消耗。其中，待机能耗是不容忽视的电能浪费。使用具有旁路变频驱动和工频自动重新启动两种驱动模式的自动扶梯可有效节约能量，从而达到最佳的节能效果。

参考文献

[1]方江辉.广州地铁车站自动扶梯的节能及控制系统设计[D].广州：华南理工大学，2010.

[2]刘志祥.浅谈自动扶梯（人行道）节能改造[J].科技资讯，2012（11）.

〔编辑：张思楠〕

摘 要：随着国家绿色能源和节能减排战略的发展，节能降耗日益成为发展的主题。目前，大量高耗能的设备仍旧被广泛使用，比如自动扶梯。通过分析自动扶梯运行时能耗的影响因素，提出了节能控制对策。

关键词：自动扶梯；能耗；节能对策；公共交通系统

中图分类号：TU857 文献标识码：A 文章编号：2095-6835（2014）24-0096-02

1 自动扶梯的节能需求

自动扶梯作为建筑物内的重要传输设备，已在商场、博览中心、火车站、地下通道等公共场所得到了广泛应用。自动扶梯在给人们提供方便的同时，也存在耗电量过大的问题。据不完全统计，我国目前扶梯在用量超过6万台，并正以超过10%的速度逐年增长。其中，非节能扶梯占95%以上。按1台扶梯的功率为5.5 kW、每天运行12 h计算，每年每台扶梯将耗电24 090 kW·h。全国每年仅扶梯一项就会消耗电能约1.3×109 kW·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 kW·h的电能浪费在扶梯上。

2 自动扶梯的能效测量

2.1 选测对象及其能耗限定值

本次空载能耗测量结果的评价主要参考某机电署给出的《自动扶梯能效限定值》。公共交通型自动扶梯必须同时符合以下2类情况：①公共交通型自动扶梯是公共交通系统的一部分，包括出口和入口处；②公共交通型自动扶梯应适合于每星期经常性地操作约140 h（20 h/d），且每3 h中至少有30 min在100%制动负荷下操作。

为了比较测量结果，本文统一选测的自动扶梯的提升高度为5 m（±0.5 m）、额定速度为 0.5m/s。

2.2 测量仪器

笔者选择了3169-20钳形功率计和PW3198电能质量分析仪。初次试验后发现，上述仪器均可同时测量电压、电流、有功功率、功率因数和谐波畸变率（THD），且测量精度都能满足要求。其中，PW3198电能质量分析仪自带处理软件，后期处理数据时十分方便；3169-20钳形功率计的数据处理比较烦琐，但价格较低。因测量样本多、项目周期长，本次测量统一选用3169-20钳形功率计。

2.3 运行功率测量点的选取

在自动扶梯的电源电路中，通常考虑3个测量点，如图1所示。其中，“测量点1”的测量结果为自动扶梯的控制系统、驱动电动机与自动扶梯其他辅助用电设备（照明、加热装置和自动排水装置等）的总和；“测量点2”的测量结果为自动扶梯主电路的能耗；“测量点3”的测量结果为自动扶梯其他辅助用电设备的能耗。本次测量主要对“测量点1”进行能耗检测，其他测量点的测量值作为参考。

2.4 测量工况

2.4.1 空载上、下运行有功功率检测

在自动扶梯的空载状态下，检测其上、下运行的有功功率。该项功耗指标是自动扶梯的主要功耗指标，它反映了该台自动扶梯的机械效率，这对实际能耗的影响最大。

2.4.2 实际运行有功功率检测

笔者采用客流计数器和输入有功功率实时检测数据，得出了自动扶梯不同负载时的功耗值。

3 自动扶梯能耗的影响因素分析

3.1 减速器和传动装置的影响

本次测量主要选择提升高度为5 m（±0.5m）、梯级宽度为1 000 mm和额定速度为0.5 m/s的自动扶梯。实测结果表明，减速器和传动装置的设计对自动扶梯的运行能耗有明显的影响。对于本次检测的2台乘客流量接近的自动扶梯，其工况均为工频不间断运行，某置业1#自动扶梯的能耗为1.77 kW，而制造商不同的6#自动扶梯的能耗达到了4.67 kW。日系自动扶梯的减速器大多采用三角皮带一级减速+二级斜齿轮减速，其效率高于蜗轮蜗杆和一级螺旋伞形齿+二级斜齿减速。

3.2 维保质量的影响

自动扶梯的定期维护、保养和调整对其能效有较大的影响。在同厂家生产的相同型号且技术参数完全一致的2台自动扶梯中，桃浦1#扶梯的空载运行功率为1.65 kW；桃浦2#梯却达到2.19 kW，比桃浦1#扶梯高出了32.7%. 此外，在某置业拥有的2台相同型号的自动扶梯中，科汇1#梯的上行空载运行功率为2.231 kW；科汇2#梯达到了2.777 kW，比科汇1#梯高出了24.4%. 由此可见，自动扶梯的运行能耗与维护、保养和调整（比如驱动链、梯级链、扶手带的张力、梯级与裙板的摩擦、各部件的润滑等）有关。

3.3 待机功率的影响

自动扶梯在不提供任何服务的情况下，称之为待机状态。待机分为2种：①钥匙关闭。在这种情况下，扶梯可能需要给运行指示器供电，提醒乘客扶梯停止，会产生较小的能量损耗。②待机。扶梯自动检测到乘客进入时，按原来的运行方向再次启动，等乘客离开后，开始低速运行，知道在一定的时间内没有乘客进入后，再次进入待机状态。在这种待机状态下，为了快速投入运行，相应的传感器和驱动器件仍处于工作状态。自动扶梯的待机能耗随着扶梯的配置不同而不同。

4 自动扶梯的节能控制

多数扶梯在没有乘客时仍以额定速度运行，这浪费了大量的电能。本次检测中某地铁站自动扶梯的空载运行功率为4.308 kW；某广场自动扶梯的功率为4.375 kW。即使这2台自动扶梯上24 h都没有乘客，其耗电也高达52 kW·h。针对此情况，出现了许多自动扶梯节能技术。

4.1 星三角驱动

星三角（Y-△）驱动包括“自动重新启动”和“Y-△切换”。前者是在无人乘梯时停止自动扶梯、有人乘梯时启动扶梯的方案，可达到省电的目的。因星三角驱动采用了完全停电的方法，所以在节能方面的作用非常明显。

4.2 全变频驱动

全变频驱动采用变频器驱动曳引电机，通过变频器调节曳引电机的转速。可在自动扶梯上、下入口处加装显示器和光电感应器，显示器用于显示设备当前的状态；感应器根据感应结果给控制系统发送感应信号。在无人使用时，设备可停运或低速运行；当有使用者时会全速运行，从而达到节能的目的。采用全变频驱动方案，可在不同速度之间实现平滑切换。因扶梯对控制精度的要求不高，变频器可选择不带编码器的开环控制模式。但变频器功率应大于或等于曳引电机的功率，同时，制动电阻消耗再生能量需要配置功率较大的制动电阻，成本也会随之增加。另外，还需考虑制动电阻在扶梯有限的机房空间内的散热问题。

4.3 旁路变频驱动

扶梯在额定速度运行时，由50 Hz的工频电源供电，变频器不投入运行。当在无人乘梯一段时间后，扶梯将由工频电源控制切换到变频器控制，从而使扶梯低速运行或停止，达到节能的目的；当有人再次进入扶梯乘梯时，扶梯将由变频器加速到额定速度，到达额定速度后，将由变频器控制切换到工频电源控制扶梯运行。

旁路变频最大的优点是可将乘客重力做功所产生的再生能量无损耗、无畸变地反馈给工频电网，从而实现能量的再使用。同时，也实现了无人乘梯时低速运行或停止，达到了节能、降低噪声和减少设备磨损的目的。变频控制系统调速时较为平稳，对机械系统的冲击较小。由于在高速运行时，变频未参与控制，所以，变频器的功率比曳引电机的功率小。与全变频相比，旁路变频不需要制动电阻，从而减少了机房的发热量。旁路变频方案的技术难点为：为了实现平滑切换，需要检测工频电源和变频电源的相位，当两者相位一致时开始旁路切换，而这需设计高精度的电气控制电路。

5 结束语

综上所述，减速器和传动装置、维保质量、待机功率等都会影响自动扶梯的能量消耗。其中，待机能耗是不容忽视的电能浪费。使用具有旁路变频驱动和工频自动重新启动两种驱动模式的自动扶梯可有效节约能量，从而达到最佳的节能效果。

参考文献

[1]方江辉.广州地铁车站自动扶梯的节能及控制系统设计[D].广州：华南理工大学，2010.

[2]刘志祥.浅谈自动扶梯（人行道）节能改造[J].科技资讯，2012（11）.

〔编辑：张思楠〕

摘 要：随着国家绿色能源和节能减排战略的发展，节能降耗日益成为发展的主题。目前，大量高耗能的设备仍旧被广泛使用，比如自动扶梯。通过分析自动扶梯运行时能耗的影响因素，提出了节能控制对策。

关键词：自动扶梯；能耗；节能对策；公共交通系统

中图分类号：TU857 文献标识码：A 文章编号：2095-6835（2014）24-0096-02

1 自动扶梯的节能需求

自动扶梯作为建筑物内的重要传输设备，已在商场、博览中心、火车站、地下通道等公共场所得到了广泛应用。自动扶梯在给人们提供方便的同时，也存在耗电量过大的问题。据不完全统计，我国目前扶梯在用量超过6万台，并正以超过10%的速度逐年增长。其中，非节能扶梯占95%以上。按1台扶梯的功率为5.5 kW、每天运行12 h计算，每年每台扶梯将耗电24 090 kW·h。全国每年仅扶梯一项就会消耗电能约1.3×109 kW·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 kW·h的电能浪费在扶梯上。

2 自动扶梯的能效测量

2.1 选测对象及其能耗限定值

本次空载能耗测量结果的评价主要参考某机电署给出的《自动扶梯能效限定值》。公共交通型自动扶梯必须同时符合以下2类情况：①公共交通型自动扶梯是公共交通系统的一部分，包括出口和入口处；②公共交通型自动扶梯应适合于每星期经常性地操作约140 h（20 h/d），且每3 h中至少有30 min在100%制动负荷下操作。

为了比较测量结果，本文统一选测的自动扶梯的提升高度为5 m（±0.5 m）、额定速度为 0.5m/s。

2.2 测量仪器

笔者选择了3169-20钳形功率计和PW3198电能质量分析仪。初次试验后发现，上述仪器均可同时测量电压、电流、有功功率、功率因数和谐波畸变率（THD），且测量精度都能满足要求。其中，PW3198电能质量分析仪自带处理软件，后期处理数据时十分方便；3169-20钳形功率计的数据处理比较烦琐，但价格较低。因测量样本多、项目周期长，本次测量统一选用3169-20钳形功率计。

2.3 运行功率测量点的选取

在自动扶梯的电源电路中，通常考虑3个测量点，如图1所示。其中，“测量点1”的测量结果为自动扶梯的控制系统、驱动电动机与自动扶梯其他辅助用电设备（照明、加热装置和自动排水装置等）的总和；“测量点2”的测量结果为自动扶梯主电路的能耗；“测量点3”的测量结果为自动扶梯其他辅助用电设备的能耗。本次测量主要对“测量点1”进行能耗检测，其他测量点的测量值作为参考。

2.4 测量工况

2.4.1 空载上、下运行有功功率检测

在自动扶梯的空载状态下，检测其上、下运行的有功功率。该项功耗指标是自动扶梯的主要功耗指标，它反映了该台自动扶梯的机械效率，这对实际能耗的影响最大。

2.4.2 实际运行有功功率检测

笔者采用客流计数器和输入有功功率实时检测数据，得出了自动扶梯不同负载时的功耗值。

3 自动扶梯能耗的影响因素分析

3.1 减速器和传动装置的影响

本次测量主要选择提升高度为5 m（±0.5m）、梯级宽度为1 000 mm和额定速度为0.5 m/s的自动扶梯。实测结果表明，减速器和传动装置的设计对自动扶梯的运行能耗有明显的影响。对于本次检测的2台乘客流量接近的自动扶梯，其工况均为工频不间断运行，某置业1#自动扶梯的能耗为1.77 kW，而制造商不同的6#自动扶梯的能耗达到了4.67 kW。日系自动扶梯的减速器大多采用三角皮带一级减速+二级斜齿轮减速，其效率高于蜗轮蜗杆和一级螺旋伞形齿+二级斜齿减速。

3.2 维保质量的影响

自动扶梯的定期维护、保养和调整对其能效有较大的影响。在同厂家生产的相同型号且技术参数完全一致的2台自动扶梯中，桃浦1#扶梯的空载运行功率为1.65 kW；桃浦2#梯却达到2.19 kW，比桃浦1#扶梯高出了32.7%. 此外，在某置业拥有的2台相同型号的自动扶梯中，科汇1#梯的上行空载运行功率为2.231 kW；科汇2#梯达到了2.777 kW，比科汇1#梯高出了24.4%. 由此可见，自动扶梯的运行能耗与维护、保养和调整（比如驱动链、梯级链、扶手带的张力、梯级与裙板的摩擦、各部件的润滑等）有关。

3.3 待机功率的影响

自动扶梯在不提供任何服务的情况下，称之为待机状态。待机分为2种：①钥匙关闭。在这种情况下，扶梯可能需要给运行指示器供电，提醒乘客扶梯停止，会产生较小的能量损耗。②待机。扶梯自动检测到乘客进入时，按原来的运行方向再次启动，等乘客离开后，开始低速运行，知道在一定的时间内没有乘客进入后，再次进入待机状态。在这种待机状态下，为了快速投入运行，相应的传感器和驱动器件仍处于工作状态。自动扶梯的待机能耗随着扶梯的配置不同而不同。

4 自动扶梯的节能控制

多数扶梯在没有乘客时仍以额定速度运行，这浪费了大量的电能。本次检测中某地铁站自动扶梯的空载运行功率为4.308 kW；某广场自动扶梯的功率为4.375 kW。即使这2台自动扶梯上24 h都没有乘客，其耗电也高达52 kW·h。针对此情况，出现了许多自动扶梯节能技术。

4.1 星三角驱动

星三角（Y-△）驱动包括“自动重新启动”和“Y-△切换”。前者是在无人乘梯时停止自动扶梯、有人乘梯时启动扶梯的方案，可达到省电的目的。因星三角驱动采用了完全停电的方法，所以在节能方面的作用非常明显。

4.2 全变频驱动

全变频驱动采用变频器驱动曳引电机，通过变频器调节曳引电机的转速。可在自动扶梯上、下入口处加装显示器和光电感应器，显示器用于显示设备当前的状态；感应器根据感应结果给控制系统发送感应信号。在无人使用时，设备可停运或低速运行；当有使用者时会全速运行，从而达到节能的目的。采用全变频驱动方案，可在不同速度之间实现平滑切换。因扶梯对控制精度的要求不高，变频器可选择不带编码器的开环控制模式。但变频器功率应大于或等于曳引电机的功率，同时，制动电阻消耗再生能量需要配置功率较大的制动电阻，成本也会随之增加。另外，还需考虑制动电阻在扶梯有限的机房空间内的散热问题。

4.3 旁路变频驱动

扶梯在额定速度运行时，由50 Hz的工频电源供电，变频器不投入运行。当在无人乘梯一段时间后，扶梯将由工频电源控制切换到变频器控制，从而使扶梯低速运行或停止，达到节能的目的；当有人再次进入扶梯乘梯时，扶梯将由变频器加速到额定速度，到达额定速度后，将由变频器控制切换到工频电源控制扶梯运行。

旁路变频最大的优点是可将乘客重力做功所产生的再生能量无损耗、无畸变地反馈给工频电网，从而实现能量的再使用。同时，也实现了无人乘梯时低速运行或停止，达到了节能、降低噪声和减少设备磨损的目的。变频控制系统调速时较为平稳，对机械系统的冲击较小。由于在高速运行时，变频未参与控制，所以，变频器的功率比曳引电机的功率小。与全变频相比，旁路变频不需要制动电阻，从而减少了机房的发热量。旁路变频方案的技术难点为：为了实现平滑切换，需要检测工频电源和变频电源的相位，当两者相位一致时开始旁路切换，而这需设计高精度的电气控制电路。

5 结束语

综上所述，减速器和传动装置、维保质量、待机功率等都会影响自动扶梯的能量消耗。其中，待机能耗是不容忽视的电能浪费。使用具有旁路变频驱动和工频自动重新启动两种驱动模式的自动扶梯可有效节约能量，从而达到最佳的节能效果。

参考文献

[1]方江辉.广州地铁车站自动扶梯的节能及控制系统设计[D].广州：华南理工大学，2010.

[2]刘志祥.浅谈自动扶梯（人行道）节能改造[J].科技资讯，2012（11）.

〔编辑：张思楠〕