解決方案
HD5E在扶梯上的應用(1)

1 引言
    隨著經濟的發展和科技的進步,自動扶梯的應用越來越多,目前中國的扶梯保有量已經超過100 萬臺。
    扶梯系統在給人們帶來方便和快鍵的同時也消耗著大量電能。隨著節能減排的推進,扶梯節能勢在必行。
    2008 年10 月1 日由國務院頒布的《公共機構節能條例》正式實施,更是以法律的形式引導著扶梯節能的發展趨勢。
    自動扶梯大量應用在商場、機場、地鐵等公共場合,開啟后就以額定梯速運行,無人乘梯時,扶梯照樣高速運行,大量消耗電能并磨損電梯的機械部件。如果能在無人乘梯時降低扶梯的運行速度,甚至停止扶梯運行,就可以能節約電能,并減少電梯機械部件的磨損,提高電梯的使用壽命。

2 現有扶梯系統分析
2.1 非節能扶梯系統
    目前保有的扶梯絕大部分應用為非節能扶梯控制系統。采用PLC 或者專用控制板作為扶梯控制系統的核心,控制系統接收到啟動信號后,控制相應接觸器動作,電網驅動扶梯上行或者下行。這些系統都具有扶梯保護邏輯、加油和蜂鳴等功能。非節能扶梯只能控制扶梯以額定梯速運行或者扶梯停梯。

2.2 Y-△降壓啟動節能扶梯系統
這種方案,無人乘梯時,斷開接觸器,電機斷電,扶梯停止;有人乘梯時,扶梯Y-△降壓啟動,快速運行。這種系統可以達到節約能源的目的,但是頻繁啟停,雖然以Y-△降壓啟動,但啟動時還是會對扶梯電網帶來不小的沖擊。因此,這種方案應用很少。

2.3 帶通用變頻器的節能扶梯系統變頻器具備調速功能,可以實現電機的軟啟動,并且可以根據需求使得扶梯運行在不同速度。但是通用變頻器本身沒有扶梯控制的相關邏輯,需要和其他控制器一起使用,由其他控制器來完成扶梯控制邏輯,
接收上、下光電信號,輸出快速或者慢速運行命令給變頻器,變頻器驅動扶梯快速或者慢速運行。由于一直是變頻運行,電梯下行時發電運行,這時變頻器需要配置制動電阻。這類系統,雖然可以實現軟啟動、并能實現低速節能,但是系統構成復雜,成本較高。

3 HD5E 技術特點
    HD5E 扶梯專用驅動控制器運用先進的客戶化設計理念,專注扶梯行業需求,將先進的電機控制技術與扶梯控制邏輯完美結合。產品具有多種扶梯運行模式,優秀的旁路變頻技術,完善的扶梯控制邏輯和扶梯故障保護,可滿足各類扶梯改造和新梯應用。
3.1 多種扶梯運行模式
(1)旁路變頻運行模式
    有人乘梯時,驅動控制器控制扶梯加速運行到工頻后,扶梯由變頻驅動切換到工頻驅動;無人乘梯時,扶梯由變頻驅動,低速運行。
(2)全變頻運行模式
    是否有人乘梯,扶梯始終處于變頻驅動運行,有人乘梯時高速運行,無人乘梯時低速節能運行。
(3)工頻Y-△運行模式
    扶梯采用Y-△降壓啟動,減少對扶梯及電網的沖擊,啟動完成后扶梯由工頻驅動運行。當變頻輸出異常時,扶梯系統可以運行在工頻Y-△運行模式,一套系統提供了2 種選擇。
(4)檢修運行
    檢修運行分為變頻檢修和工頻Y-△檢修,分別在變頻狀態和工頻狀態在檢查扶梯系統輸入、輸出信號及運行狀態。

3.2 優秀的旁路變頻技術
    扶梯由變頻切換到工頻時,優秀的相位鎖定技術使得切換時沖擊電流小,扶梯無抖動。
    扶梯由工頻切換到變頻時,超平滑轉速跟蹤技術,實現無沖擊啟動。

3.3 三種節能運行模式
    HD5E 提供了無人乘梯低速運行、無人乘梯先低速運行后停止運行和無人乘梯停止運行三種不同的節能運行模式,并且提供了正向快車時間、慢車運行時間、快車運行頻率和慢車運行頻率等可供用戶自己設置的功能參數,能靈活的滿足不同應用場合的節能需求。

3.4 完善的扶梯故障保護
    HD5E 除了具備變頻器的各種保護功能外,還為扶梯系統提供安全回路斷開保護、防逆轉保護、驅動鏈條斷鏈保護、電機測速保護、扶手帶測速保護、上下梯級遺失保護、觸點粘連保護、接觸器觸點反饋斷開保護、火警保護等完善的扶梯故障保護邏輯,完全滿足行業規范和國家相關技術要求,保障扶梯安全可靠運行。

4 HD5E 應用案例
4.1 HD5E 節能改造應用案例
    在改造應用上,首先需要仔細分析原來系統的構成,目前市面上普遍是以PLC 為核心構成的扶梯控制系統或者專用控制板為核心構成的扶梯系統。改造的時候,用戶一般要求不能對原系統做大的改動,以最小的改動完成扶梯節能改造是許多改造場合的要求。
    在這種改造場合,我們選擇全變頻運行模式的改造方案。
    系統構成示意圖如下:

以上方案,只需要從原來的系統中引出上行命令、下行命令和停機命令三個信號,扶梯的保護邏輯仍然由原來系統完成,但原來系統的主電不輸出給電機,電機由HD5E 變頻驅動。增加的上部光電和下部光電信號分別安裝在扶梯的上、下入口處,用來檢測是否有人乘梯。有人乘梯時,HD5E 驅動扶梯高速運行;

    無人乘梯時,HD5E 驅動扶梯低速節能運行或者停止運行。
    這種方案可以簡單的實現扶梯的節能改造。由于是全變頻運行,扶梯載人下行時,能量回饋到HD5E,一般需要配置制動電阻,用來泄放回饋的能量,防止HD5E 出現過壓故障。另外需要注意的是,原來系統一般設置有測速保護,而原來系統測速保護的基準是額定梯速,當扶梯低速運行的時候原系統會報測速保護故障,這時需要屏蔽原系統的測速保護,然后將測速信號輸入到HD5E 中,由HD5E 實現測速保護,HD5E提供了完善的各類測速保護,完全可以保護扶梯可能出現的速度異常。

4.2 HD5E 新梯應用案例
    在新梯應用中,可以充分發揮HD5E 先進的電機控制性能和完美的扶梯控制邏輯。HD5E 既可以完成扶梯控制邏輯又能完成對電機的變頻調速,用HD5E 構成的扶梯控制系統,不再需要其他的控制器件,高度的集成提高了系統的可靠性和可維護性。
    在新梯應用中,采用旁路變頻運行模式,同時配備Y 接觸器和△接觸器作為備用,當變頻輸出異常時,可以切換到工頻Y-△運行模式,提高扶梯系統運行的可靠性。

其中:KM1 為變頻輸出接觸器;KM2a 電網上行接觸器;KM2b 為電網下行接觸器;KM3a 為Y 接觸器;KM3b 為△接觸器。

采用HD5E 扶梯專用驅動控制器構成的扶梯控制系統有以下優點
(1)實現電機的變頻調速,節約了能源,減少了扶梯的沖擊和磨損,提高了扶梯使用壽命。
(2)采用旁路變頻技術,減少了HD5E 變頻輸出工作的時間,增加了HD5E 的使用壽命;由于HD5E只是在啟動和低速的時候變頻輸出,因此可以降檔使用,節約系統成本;高速時切換到工頻運行,因此不需要配置制動電阻,節省了控制柜空間并減少了發熱。
(3)將先進的電機控制技術和完善的扶梯控制邏輯集成在一起,簡化了系統的構成,提高了系統的可靠性和可維護性。
(4)提供了工頻Y-△運行模式作為系統的備份,變頻輸出異常時,扶梯可以由工頻驅動,進一步提高了扶梯系統的可靠性。
(5)多種節能模式和靈活的功能參數設置,滿足不同應用的需求。

4.3 HD5E 節能分析
功率P 計算公式如下:


其中,U 為線電壓,I 為相電流,Cosj 為功率因素。以一臺7.5Kw 電機驅動的扶梯為例,扶梯空載50Hz 高速運行時,輸出線電壓380V,輸出相電流8A,電機輕載時功率因素較低,假設為0.5,此時功率P計算如下。


扶梯空載10Hz 低速運行時,輸出線電壓約80V,輸出相電流8A,低速運行時電機功率因素稍有上升,假設為0.7,此時功率P 計算如下。


    與50Hz 運行相比較,10Hz 低速運行時,每小時可以節約電能近2Kwh,以每天低速運行5 小時計算,則一天可以節約電能10Kwh。扶梯還可以運行在無人乘梯先低速運行后停止運行模式,停止運行時能節約更多的電能。以上推算,說明了HD5E 在節能方面的巨大優勢。當然不同的應用場合,節能效果會有差別,主要和扶梯空載時電機電流和電機功率因素有關。

5 結語
    實踐證明HD5E 扶梯專用驅動控制器無論是在舊梯改造場合還是在新梯應用場合,都以其優異的性能,豐富靈活的功能,可靠穩定的表現贏得了客戶的認可。HD5E 必將為扶梯系統的升級,為節能減排的推進
做出應有的貢獻。

文章轉自《控制與傳動》 2012年第一期




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