VFD 和线路再生单元对自动扶梯的好处

KEB 解决方案可以提高性能，降低功耗。

泰勒·佩查 (Tyler Pecha) 和林赛·瓜哈尔多 (Lindsey Guajardo)

与线路再生单元配对的变频驱动器 (VFD) 非常适合自动扶梯应用。 与线路馈电自动扶梯相比，VFD 可提供最大的应用性能优势，例如平滑的速度曲线斜坡、可调节的扭矩限制和基于用户流量的驱动模式。 由于其功率因数 (PF) 的改进，VFD 还将减少大浪涌电流和功耗。 与制动电阻器相比，线路再生单元可以在检修应用（即向下运行的自动扶梯）中节省能源，并减少热量产生和控制器机柜尺寸。

VFD 具有可根据自动扶梯应用定制的参数，以便于设置和调整。 可调 S 曲线可用于提供平滑的加速和减速速度曲线。 平滑的轮廓可限制开启时的浪涌电流，防止机械部件过度磨损，并为乘客提供舒适的乘坐体验。 还可以设置可调节的扭矩限制，以帮助保护机械部件免于因卡纸或其他关键安全事件而受到压力。

根据安装情况，某些自动扶梯可能会在负载很小或没有负载的情况下运行很长时间。 在这些期间，可以降低自动扶梯电机的速度以节省能源。 减速模式可以设置为在规定的时间后降低自动扶梯电机的速度。 例如，当自动扶梯空载运行 10-15 分钟时，变频器可以将自动扶梯电机的速度降低到额定速度的 20-50%。 VFD 继续以减速模式运行，直到光幕或压力垫检测到接近的乘客为止。 然后 VFD 平稳地将电机斜升至额定速度。 图 1 显示了在自动扶梯应用中使用减速模式的节能优势，该应用具有各种控制模式下的 15kW 感应电机。 最大的增量节省来自使用 VFD 在不活动期间以降低的速度运行电机。

使用 VFD 时可以使用开环和闭环控制模式。 KEB 提供了一种增强型控制模式，即异步无传感器闭环 (ASCL)，适用于希望开环运行但希望性能特征类似于闭环应用的应用。 ASCL 使用基于电机数据的控制算法自动测量和建模电机特性，无需编码器反馈。 这在稳定和动态电机运行中提供了出色的控制、精确的速度控制和高速稳定性，而不会增加编码器的成本和复杂性。 此外，与线路馈电或开环控制的自动扶梯应用相比，闭环和 ASCL 控制模式都提供了 PF 改进。

PF 是一个无单位数，表示投入有用功的功率（以瓦特为单位）与传输的总电功率（以伏安为单位）之间的比率。 单位 PF 为 1 是理想的，它表示传送的所有功率都被自动扶梯电机有效消耗。 图 2 显示了使用 VFD 与线馈感应电机相比的优势。 最显着的好处是当 VFD 处于闭环或 ASCL 操作以及电机部分负载时——这种情况在许多自动扶梯应用中很常见。 但是，即使在电机满载时，使用 VFD 时 PF 也会提高 10%。

馈电自动扶梯会经历高启动电流——有时高达电机额定电流的 500-700%。 如图 3 所示，对于电机轴上的给定功率输出量，低 PF 也将有助于提高输入电流。 同样，最大的好处是在部分负载下实现的。 在这种情况下，VFD 的空载 RMS 电流比线馈电机低 50% 以上。 应该避免这种较高的输入电流，因为它需要加大电子元件的尺寸以适应未使用的无功功率的传输。 此外，由于传输额外的无功功率，将会有更多的电阻导体损耗。 最后，低 PF 会导致电子元件发热更高，从而缩短工作寿命。

再生驱动器是检修感应电机作为发电机的自动扶梯应用的理想选择。 传统上，制动电阻器与 VFD 一起使用以将再生能量以热量的形式消散。 根据制动电阻器的位置，产生的额外热量可能需要额外的冷却或更大的控制器机柜。 如果空间最小，这可能会导致设计自动扶梯控制面板时出现问题。 作为制动电阻器的替代方案，可以通过直流总线连接将线路再生驱动器（图 4）连接到 VFD。 再生单元通过测量线路电压和频率来运行。 一旦直流母线电压超过预定阈值，驱动器就会进行调制，允许电流流回线路，在那里被其他电气负载（例如，在建筑物或设施中）消耗掉。 根据应用的不同，再生驱动器有望收回成本、降低总功耗并在其使用寿命内实现净成本节约。

具有高重力势能的自动扶梯应用（例如，大容量自动扶梯以长距离向下移动许多人）是线路再生的理想选择。 重力势能可以用以下方程来描述：

通常，这些较大的自动扶梯将在 20 马力以上的范围内。 其他会影响线路再生投资回报的因素是自动扶梯传动系统效率和使用情况。 高效率（大于 90%）斜齿轮或锥齿轮是理想的。 低效率（低于 60%）蜗轮传动装置由于在动力传输过程中损失了大量能量，因此节省的能源要少得多。 自动扶梯上的交通量和自动扶梯的职责也会影响返回的节能。 运送大量乘客和 24/7 全天候运营的地铁站和机场是理想的选择，可提供最佳回报。

VFD 通过低启动电流、电机 PF 改进和降低能耗为自动扶梯提供性能优势。 它们还提供平滑的 S 曲线和可调节的扭矩限制，以提高乘坐质量和安全性。 线路再生装置有助于在检修自动扶梯时节省能源并减少控制柜空间，同时减少制动电阻器产生的额外热量。 VFD 和线路再生装置一起使用可以为自动扶梯应用增加重要价值。